场效应管放大电路场效应管结型场效应管场效应晶体三极管是由一种载流子导电的,用输入电压控制输出电流的半导体器件。 从参与导电的载流子来划分,它有自由电子导电的 N沟道器件 和 空穴导电的 P沟道器件 。
按照场效应三极管的结构划分，有结型场效应管和绝缘栅型场效应管两大类。
1.结构
2.工作原理 N 沟道
PN结
N沟道场效应管工作时，
在 栅极与 源极 之间 加负电压,栅 极 与沟道之间的
PN结为反偏 。
在漏极、源极之间加一定正电压，使 N沟道中的多数载流子 (电子 )
由源极向漏极漂移，形成 iD。 iD的大小受 VGS的控制。
P沟道 场效应管工作时，
极性相反,沟道中的多子为空穴。
① 栅源电压 VGS对 iD的控制作用当 VGS＜ 0时,PN结反偏，耗尽层变厚，沟道变窄，沟道电阻变大,ID减小；
VGS更负，沟道更窄，
ID更小； 直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断,ID≈0。 这时所对应的栅源电压
VGS称为 夹断电压 VP。
② 漏源电压 VDS对 iD的影响在栅源间加电压 VGS＞ VP，
漏源间加电压 VDS。 则因漏端耗尽层所受的反偏电压为
VGD=VGS-VDS,比源端耗尽层所受的反偏电压 VGS
大,(如,VGS=-2V,VDS =3V,
VP=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为 -5V，源端耗尽层受反偏电压为 -2V),使靠近漏端的耗尽层比源端厚，沟道比源端窄，故 VDS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。
当 VDS增加到使 VGD=VGS-VDS =VP
时，在紧靠漏极处出现预夹断点，
随 VDS增大，这种不均匀性越明显。
当 VDS继续增加时，预夹断点向源极方向伸长为预夹断区 。 由于预夹断区电阻很大，使主要 VDS
降落在该区，由此产生的强电场力能把未夹断区漂移到其边界上的载流子都扫至漏极，形成漏极饱和电流 。
JFET工作原理
（动画 2-9)
（ 动画 2-6）
(3)伏安特性曲线
① 输出特性曲线
CVDSD GSVfi )(
恒流 区,(又称饱和区或放大区）
特点,(1)受控性,输入电压 vGS控制输出电流21 VvIi
PGSD S SD
(2)恒流性,输出电流 iD 基本上不受输出电压 vDS的影响。
用途,可做 放大器 和 恒流源 。
条件,(1)源端沟道未夹断
(2)源端沟道予夹断
VV PGS?
VVV PGSDS
可变电阻区特点,(1)当 vGS 为定值时,iD 是 vDS 的线性函数，
管子的漏源间呈现为线性电阻，且其阻值受 vGS
控制。
（ 2） 管压降 vDS 很小。
用途,做 压控线性电阻和无触点的、闭合状态的 电子开关 。
条件,源端与漏端沟道都不夹断
VV PGS?
VVV PGSDS
夹断区用途,做无触点的、
接通状态的 电子开关 。
条件,整个沟道都夹断
VV PGS?
击穿区
VV DSBRDS )(?当漏源电压增大到 时，漏端 PN结发生 雪崩击穿,使 iD 剧增 的区域。其值一般为
（ 20— 50） V之间 。由于 VGD=VGS-VDS,故 vGS越负,
对应的 VP就越小。管子 不能在击穿区工作 。
0?iD特点：
② 转移特性曲线
CVGSD DSVfi )(
输入电压 VGS对输出漏极电流 ID的控制
msgdvdivi mQGSDQGSD //
结型场效应管 的 特性小结结型场效应管
N
沟道耗尽型
P
沟道耗尽型金属 -氧化物 -半导体场效应管绝缘栅型场效应管 Metal Oxide Semiconductor
—— MOSFET
分为 增强型? N沟道,P沟道耗尽型? N沟道,P沟道增强型,没有导电沟道,。时,00
DGS iv
。时,00 DGS iv耗尽型,存在导电沟道，
N沟道 P沟道增强型
N沟道 P沟道耗尽型
N沟道 增强型 场效应管
N沟道 增强型 场效应管 的工作原理
（ 1）栅源电压 VGS的控制作用当 VGS=0V时,因为漏源之间被两个背靠背的 PN结隔离，因此，即使在 D,S之间加上电压,
在 D,S间也不可能形成电流。
当 0＜ VGS＜ VT (开启电压 )时,
果在衬底表面形成一薄层负离子的耗尽层。漏源间仍无载流子的通道。 管子仍不能导通，处于截止状态。
通过栅极和衬底间的电容作用，将栅极下方 P型衬底表层的空穴向下排斥，同时，使两个 N区和衬底中的自由电子吸向衬底表层，并与空穴复合而消失，结
1,栅源电压 VGS的控制作用的 N型沟道。把 开始形成 反型层的 VGS值 称为该管的 开启电压 VT。这时，若在漏源间加电压 VDS，就能产生漏极电流 I D,即管子开启。 VGS值越大，沟道内自由电子越多，
沟道电阻越小，在同样 VDS 电压作用下,I D 越大。这样，
就实现了输入电压 VGS 对输出电流 I D 的控制 。
当 VGS＞ VT时,衬底中的电子进一步被吸至栅极下方的 P型衬底表层，使衬底表层中的自由电子数量大于空穴数量，该薄层转换为 N型半导体，称此为 反型层 。 形成 N源区到 N漏区
VDS
I D
栅源电压 VGS对漏极电流 ID的控制作用
2,漏源电压 VDS对沟道导电能力的影响当 VGS＞ VT且固定为某值的情况下,若给漏源间加正电压 VDS则源区的自由电子将沿着沟道漂移到漏区，形成漏极电流 ID,当 ID从 D? S流过沟道时，沿途会产生压降，进而导致沿着沟道长度上栅极与沟道间的电压分布不均匀 。 源极端电压最大，为 VGS,由此感生的沟道最深；离开源极端，
越向漏极端靠近，则栅 — 沟间的电压线性下降，由它们感生的沟道越来越浅；直到漏极端，栅漏间电压最小，其值为,VGD=VGS-VDS,由此 感生的沟道也最浅。 可见，在 VDS作用下导电沟道的深度是不均匀的，沟道呈锥形分布。 若 VDS进一步增大，直至 VGD=VT,即 VGS-VDS=VT或 VDS=VGS-VT
时，则漏端沟道消失，出现预夹断点。
A
当 VDS为 0或较小时,VGD＞ VT，
此时 VDS 基本均匀降落在沟道中，
沟道呈斜线分布。
当 VDS增加到使
VGD=VT时，漏极处沟道将缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。源区的自由电子在 VDS电场力的作用下，仍能沿着沟道向漏端漂移，一旦到达预夹断区的边界处，
就能被预夹断区内的电场力扫至漏区，形成漏极电流。
当 VDS增加到使 VGD?VT时，预夹断点向源极端延伸成小的夹断区。由于预夹断区呈现高阻，
而未夹断沟道部分为低阻，因此,VDS增加的部分基本上降落在该夹断区内，而沟道中的电场力基本不变，漂移电流基本不变，所以，从漏端沟道出现预夹断点开始,ID基本不随 VDS
增加而变化。
增强型 MOSFET的工作原理
MOSFET的 特性曲线
VVV TGSDS
1.漏极输出特性曲线
2.转移特性曲线 — VGS对 ID的控制特性转移特性曲线的斜率 gm 的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 其量纲为
mA/V，称 gm为 跨导 。
gm=?ID/?VGS?Q （ mS)
ID=f(VGS)?VDS=常数增强型 MOS管特性小结绝缘栅场效应管
N
沟道增强型
P
沟道增强型耗尽型 MOSFET
N沟道耗尽型 MOS管，它是在栅极下方的 SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子，在管子制造过程中，这些正离子已经在漏源之间的衬底表面感应出反型层，形成了导电沟道。 因此，使用时 无须加开启电压（ VGS=0），只要加漏源电压，就会有漏极电流。 当 VGS＞ 0 时，将使 ID进一步增加。 VGS＜ 0时，随着 VGS 的减小 ID 逐渐减小，直至 ID=0。对应 ID=0 的 VGS 值为夹断电压 VP 。
耗尽型 MOSFET的特性曲线绝缘栅场效应管
N
沟道耗尽型
P
沟道耗尽型场效应三极管的参数和型号一,场效应三极管的参数
1,开启电压 VT
开启电压是 MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通 。
2,夹断电压 VP
夹断电压是耗尽型 FET的参数，当 VGS=VP时,漏极 电流为零。
3,饱和漏极电流 IDSS
耗尽型场效应三极管,当 VGS=0时所对应的漏极电流。
4.输入电阻 RGS
结型场效应三极管，反偏时 RGS约大于 107Ω；
绝缘栅型场效应三极管,RGS约是 109～ 1015Ω。
5,低频跨导 gm
低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，
gm可以在转 移特性曲线上求取，单位是 mS
(毫西门子 )。
6.最大漏极功耗 PDM
最大漏极功耗可由 PDM= VDS ID决定，与双极型三极管的 PCM相当。
(2) 场效应三极管的型号场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母 J代表结型场效应管,O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料,D是 P型硅，反型层是 N沟道； C是 N型硅 P沟道。如,3DJ6D是结型 N沟道场效应三极管,3DO6C
是绝缘栅型 N沟道场效应三极管。
第二种命名方法是 CS×× #,CS代表场效应管，
×× 以数字代表型号的序号,#用字母代表同一型号中的不同规格。例如 CS14A,CS45G等。
双极型三极管与场效应三极管的比较双极型三极管 场效应三极管结构 NPN型 结型 N沟道 P沟道与 PNP型 绝缘栅 增强型 N沟道 P沟道分类 C与 E一般不可 绝缘栅 耗尽型 N沟道 P沟道倒置使用 D与 S有的型号可倒置使用载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移输入量 电流输入 电压输入控制 电流控制电流源 电压控制电流源噪声 较大 较小温度特性 受温度影响较大 较小，且有零温度系数点输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧姆以上静电影响 不受静电影响 易受静电影响集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成绝缘栅增强型
N
沟
P
沟绝缘栅耗尽型
N
沟道
P
沟道场效应管 放大电路
（ 1）偏置电路及静态分析分压式自偏压电路直流通道
VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)
VGS= VG－ VS= VG－ IDR
ID= IDSS[1－ (VGS /VP)]2
VDS= VDD－ ID(R+Rd )
由此可以解出 VGS,ID和 VDS。
(1)直流分析小信号分析法低频模型高频模型
(2)交流分析小信号 等效电路
① 电压放大倍数
Rg
Rg
V
VA
v
m
Lm
i
o
1
'
RVgVV gsmgsi
)1( RgV mgs
Lgsmo RVgV
LdL RRR //
② 输入电阻
)//( g2g1g3i RRRR
③ 输出电阻
do RR?
按照场效应三极管的结构划分，有结型场效应管和绝缘栅型场效应管两大类。
1.结构
2.工作原理 N 沟道
PN结
N沟道场效应管工作时，
在 栅极与 源极 之间 加负电压,栅 极 与沟道之间的
PN结为反偏 。
在漏极、源极之间加一定正电压，使 N沟道中的多数载流子 (电子 )
由源极向漏极漂移，形成 iD。 iD的大小受 VGS的控制。
P沟道 场效应管工作时，
极性相反,沟道中的多子为空穴。
① 栅源电压 VGS对 iD的控制作用当 VGS＜ 0时,PN结反偏，耗尽层变厚，沟道变窄，沟道电阻变大,ID减小；
VGS更负，沟道更窄，
ID更小； 直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断,ID≈0。 这时所对应的栅源电压
VGS称为 夹断电压 VP。
② 漏源电压 VDS对 iD的影响在栅源间加电压 VGS＞ VP，
漏源间加电压 VDS。 则因漏端耗尽层所受的反偏电压为
VGD=VGS-VDS,比源端耗尽层所受的反偏电压 VGS
大,(如,VGS=-2V,VDS =3V,
VP=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为 -5V，源端耗尽层受反偏电压为 -2V),使靠近漏端的耗尽层比源端厚，沟道比源端窄，故 VDS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。
当 VDS增加到使 VGD=VGS-VDS =VP
时，在紧靠漏极处出现预夹断点，
随 VDS增大，这种不均匀性越明显。
当 VDS继续增加时，预夹断点向源极方向伸长为预夹断区 。 由于预夹断区电阻很大，使主要 VDS
降落在该区，由此产生的强电场力能把未夹断区漂移到其边界上的载流子都扫至漏极，形成漏极饱和电流 。
JFET工作原理
（动画 2-9)
（ 动画 2-6）
(3)伏安特性曲线
① 输出特性曲线
CVDSD GSVfi )(
恒流 区,(又称饱和区或放大区）
特点,(1)受控性,输入电压 vGS控制输出电流21 VvIi
PGSD S SD
(2)恒流性,输出电流 iD 基本上不受输出电压 vDS的影响。
用途,可做 放大器 和 恒流源 。
条件,(1)源端沟道未夹断
(2)源端沟道予夹断
VV PGS?
VVV PGSDS
可变电阻区特点,(1)当 vGS 为定值时,iD 是 vDS 的线性函数，
管子的漏源间呈现为线性电阻，且其阻值受 vGS
控制。
（ 2） 管压降 vDS 很小。
用途,做 压控线性电阻和无触点的、闭合状态的 电子开关 。
条件,源端与漏端沟道都不夹断
VV PGS?
VVV PGSDS
夹断区用途,做无触点的、
接通状态的 电子开关 。
条件,整个沟道都夹断
VV PGS?
击穿区
VV DSBRDS )(?当漏源电压增大到 时，漏端 PN结发生 雪崩击穿,使 iD 剧增 的区域。其值一般为
（ 20— 50） V之间 。由于 VGD=VGS-VDS,故 vGS越负,
对应的 VP就越小。管子 不能在击穿区工作 。
0?iD特点：
② 转移特性曲线
CVGSD DSVfi )(
输入电压 VGS对输出漏极电流 ID的控制
msgdvdivi mQGSDQGSD //
结型场效应管 的 特性小结结型场效应管
N
沟道耗尽型
P
沟道耗尽型金属 -氧化物 -半导体场效应管绝缘栅型场效应管 Metal Oxide Semiconductor
—— MOSFET
分为 增强型? N沟道,P沟道耗尽型? N沟道,P沟道增强型,没有导电沟道,。时,00
DGS iv
。时,00 DGS iv耗尽型,存在导电沟道，
N沟道 P沟道增强型
N沟道 P沟道耗尽型
N沟道 增强型 场效应管
N沟道 增强型 场效应管 的工作原理
（ 1）栅源电压 VGS的控制作用当 VGS=0V时,因为漏源之间被两个背靠背的 PN结隔离，因此，即使在 D,S之间加上电压,
在 D,S间也不可能形成电流。
当 0＜ VGS＜ VT (开启电压 )时,
果在衬底表面形成一薄层负离子的耗尽层。漏源间仍无载流子的通道。 管子仍不能导通，处于截止状态。
通过栅极和衬底间的电容作用，将栅极下方 P型衬底表层的空穴向下排斥，同时，使两个 N区和衬底中的自由电子吸向衬底表层，并与空穴复合而消失，结
1,栅源电压 VGS的控制作用的 N型沟道。把 开始形成 反型层的 VGS值 称为该管的 开启电压 VT。这时，若在漏源间加电压 VDS，就能产生漏极电流 I D,即管子开启。 VGS值越大，沟道内自由电子越多，
沟道电阻越小，在同样 VDS 电压作用下,I D 越大。这样，
就实现了输入电压 VGS 对输出电流 I D 的控制 。
当 VGS＞ VT时,衬底中的电子进一步被吸至栅极下方的 P型衬底表层，使衬底表层中的自由电子数量大于空穴数量，该薄层转换为 N型半导体，称此为 反型层 。 形成 N源区到 N漏区
VDS
I D
栅源电压 VGS对漏极电流 ID的控制作用
2,漏源电压 VDS对沟道导电能力的影响当 VGS＞ VT且固定为某值的情况下,若给漏源间加正电压 VDS则源区的自由电子将沿着沟道漂移到漏区，形成漏极电流 ID,当 ID从 D? S流过沟道时，沿途会产生压降，进而导致沿着沟道长度上栅极与沟道间的电压分布不均匀 。 源极端电压最大，为 VGS,由此感生的沟道最深；离开源极端，
越向漏极端靠近，则栅 — 沟间的电压线性下降，由它们感生的沟道越来越浅；直到漏极端，栅漏间电压最小，其值为,VGD=VGS-VDS,由此 感生的沟道也最浅。 可见，在 VDS作用下导电沟道的深度是不均匀的，沟道呈锥形分布。 若 VDS进一步增大，直至 VGD=VT,即 VGS-VDS=VT或 VDS=VGS-VT
时，则漏端沟道消失，出现预夹断点。
A
当 VDS为 0或较小时,VGD＞ VT，
此时 VDS 基本均匀降落在沟道中，
沟道呈斜线分布。
当 VDS增加到使
VGD=VT时，漏极处沟道将缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。源区的自由电子在 VDS电场力的作用下，仍能沿着沟道向漏端漂移，一旦到达预夹断区的边界处，
就能被预夹断区内的电场力扫至漏区，形成漏极电流。
当 VDS增加到使 VGD?VT时，预夹断点向源极端延伸成小的夹断区。由于预夹断区呈现高阻，
而未夹断沟道部分为低阻，因此,VDS增加的部分基本上降落在该夹断区内，而沟道中的电场力基本不变，漂移电流基本不变，所以，从漏端沟道出现预夹断点开始,ID基本不随 VDS
增加而变化。
增强型 MOSFET的工作原理
MOSFET的 特性曲线
VVV TGSDS
1.漏极输出特性曲线
2.转移特性曲线 — VGS对 ID的控制特性转移特性曲线的斜率 gm 的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 其量纲为
mA/V，称 gm为 跨导 。
gm=?ID/?VGS?Q （ mS)
ID=f(VGS)?VDS=常数增强型 MOS管特性小结绝缘栅场效应管
N
沟道增强型
P
沟道增强型耗尽型 MOSFET
N沟道耗尽型 MOS管，它是在栅极下方的 SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子，在管子制造过程中，这些正离子已经在漏源之间的衬底表面感应出反型层，形成了导电沟道。 因此，使用时 无须加开启电压（ VGS=0），只要加漏源电压，就会有漏极电流。 当 VGS＞ 0 时，将使 ID进一步增加。 VGS＜ 0时，随着 VGS 的减小 ID 逐渐减小，直至 ID=0。对应 ID=0 的 VGS 值为夹断电压 VP 。
耗尽型 MOSFET的特性曲线绝缘栅场效应管
N
沟道耗尽型
P
沟道耗尽型场效应三极管的参数和型号一,场效应三极管的参数
1,开启电压 VT
开启电压是 MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通 。
2,夹断电压 VP
夹断电压是耗尽型 FET的参数，当 VGS=VP时,漏极 电流为零。
3,饱和漏极电流 IDSS
耗尽型场效应三极管,当 VGS=0时所对应的漏极电流。
4.输入电阻 RGS
结型场效应三极管，反偏时 RGS约大于 107Ω；
绝缘栅型场效应三极管,RGS约是 109～ 1015Ω。
5,低频跨导 gm
低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，
gm可以在转 移特性曲线上求取，单位是 mS
(毫西门子 )。
6.最大漏极功耗 PDM
最大漏极功耗可由 PDM= VDS ID决定，与双极型三极管的 PCM相当。
(2) 场效应三极管的型号场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母 J代表结型场效应管,O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料,D是 P型硅，反型层是 N沟道； C是 N型硅 P沟道。如,3DJ6D是结型 N沟道场效应三极管,3DO6C
是绝缘栅型 N沟道场效应三极管。
第二种命名方法是 CS×× #,CS代表场效应管，
×× 以数字代表型号的序号,#用字母代表同一型号中的不同规格。例如 CS14A,CS45G等。
双极型三极管与场效应三极管的比较双极型三极管 场效应三极管结构 NPN型 结型 N沟道 P沟道与 PNP型 绝缘栅 增强型 N沟道 P沟道分类 C与 E一般不可 绝缘栅 耗尽型 N沟道 P沟道倒置使用 D与 S有的型号可倒置使用载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移输入量 电流输入 电压输入控制 电流控制电流源 电压控制电流源噪声 较大 较小温度特性 受温度影响较大 较小，且有零温度系数点输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧姆以上静电影响 不受静电影响 易受静电影响集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成绝缘栅增强型
N
沟
P
沟绝缘栅耗尽型
N
沟道
P
沟道场效应管 放大电路
（ 1）偏置电路及静态分析分压式自偏压电路直流通道
VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)
VGS= VG－ VS= VG－ IDR
ID= IDSS[1－ (VGS /VP)]2
VDS= VDD－ ID(R+Rd )
由此可以解出 VGS,ID和 VDS。
(1)直流分析小信号分析法低频模型高频模型
(2)交流分析小信号 等效电路
① 电压放大倍数
Rg
Rg
V
VA
v
m
Lm
i
o
1
'
RVgVV gsmgsi
)1( RgV mgs
Lgsmo RVgV
LdL RRR //
② 输入电阻
)//( g2g1g3i RRRR
③ 输出电阻
do RR?
