第九讲 场效应管及其放大电路第九讲 场效应管及其放大电路一、场效应管二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法三、场效应管放大电路的动态分析四、复合管一、场效应管 （以 N沟道为例）
场效应管有三个极：源极（ s）,栅极（ g）、漏极（ d），
对应于晶体管的 e,b,c；有 三个工作区域：截止区、恒流区、
可变电阻区，对应于 晶体 管的截止区、放大区、饱和区。
1,结型场效应管导电沟道 源极栅极漏极符号结构示意图栅 -源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽 沟道变窄 沟道消失称为夹断
uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么 g-s必须加负电压？
UGS（ off）
漏 -源电压对漏极电流的影响
uGS＞ UGS（ off） 且不变,VDD增大,iD增大
。
预夹断u
GD＝ UGS（ off）
VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻,iD几乎不变，进入恒流区,iD
几乎仅仅决定于 uGS。
场效应管工作在恒流区的条件是什么？
uGD>UGS（ off）
uGD<UGS（ off）
常量 GS)( DSD Uufi
g-s电压控制 d-s的等效电阻输出特性常量
DSGS
D
m Uu
ig
预夹断轨迹,uGD＝ UGS（ off）
可变电阻区恒流区
iD几乎仅决定于 uGS
击穿区夹断区（截止区） 夹断电压
IDSS
ΔiD
不同型号的管子 UGS（ off）,IDSS
将不同。
低频跨导：
UGS=0时的漏极电流常量 DS)( GSD Uufi
夹断电压漏极饱和电流转移特性场效应管工作在恒流区，因而 uGS＞ UGS（ off） 且 uDS＜ UGS（ off） 。
2
G S ( o f f )
GS
D S SD )1( U
u
Ii
在恒流区时为什么必须用转移特性描述 uGS对 iD的控制作用？
2,绝缘栅型场效应管
uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个 N区相接时，形成导电沟道。
增强型管
SiO2绝缘层衬底耗尽层 空穴高掺杂反型层大到一定值才开启增强型 MOS管 uDS对 iD的影响用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。 N
沟道增强型 MOS管工作在恒流区的条件是什么？
iD随 uDS的增大而增大，可变电阻区
uGD＝ UGS（ th）,
预夹断
iD几乎仅仅受控于 uGS，恒流区刚出现夹断
uGS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻耗尽型 MOS管耗尽型 MOS管在 uGS＞ 0,uGS ＜ 0,uGS ＝ 0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于 SiO2绝缘层的存在，在
uGS＞ 0时仍保持 g-s间电阻非常大的特点。
加正离子小到一定值才夹断
uGS=0时就存在导电沟道
MOS管的特性
1)N沟道增强型 MOS管
2)N沟道耗尽型 MOS管开启电压夹断电压
DG S ( t h )GSDO
2
G S ( t h )
GS
DOD
2
)1(
iUuI
U
uIi
时的为式中在恒流区时，
3,场效应管的分类工作在恒流区时 g-s,d-s间的电压极性
)0(P
)0(N
)00(P
)00(N
)00(P
)00(N
DSGS
DSGS
DSGS
DSGS
DSGS
DSGS
＜极性任意，沟道
＞极性任意，沟道耗尽型
＜，＜沟道
＞，＞沟道增强型绝缘栅型
＜，＞沟道
＞，＜沟道结型场效应管
uu
uu
uu
uu
uu
uu
uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？
uGS＞ 0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？
uGS＜ 0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？
MOS管分类
N沟道 P沟道增强型 耗尽型 增强型 耗尽型电路符号转移特性曲线非饱和区条件 VGS＞ VT,VDS＜ VGS－ VT VGS＜ VT,VDS＞ VGS－ VT
特点饱和区条 件 VGS＞ VT,VDS≥VGS－ VT VGS＜ VT,VDS≤VGS－ VT
特 点
G D
S
G D
S
G D
S
G D
S
OVT
ID
O VT
VT
O
VGS VT O
VGS
VGS VGS
ID
ID ID
VGS→ Ron
VGSI
D = ID0 ( － 1)2V
T
二、场效应管静态工作点的设置方法
1,基本共源放大电路根据场效应管工作在恒流区的条件，在 g-s,d-s间加极性合适的电源
dDQDDD S Q
2
G S ( t h )
GG
DODQ
GGG S Q
)1(
RIVU
U
V
II
VU
2,自给偏压电路
sDQSQGQG S Q
sDQSQGQ 0
RIUUU
RIUU
,
2
G S ( o f f )
G S Q
D S SD )1( U
UII )( sdDQDDD S Q RRIVU
由正电源获得负偏压称为自给偏压哪种场效应管能够采用这种电路形式设置 Q点？
3,分压式偏置电路
sDQSQ
DD
g2g1
g1
AQGQ
RIU
V
RR
R
UU
2
G S ( t h )
G S Q
DOD )1( U
UII
)( sdDQDDD S Q RRIVU
为什么加 Rg3?其数值应大些小些？
哪种场效应管能够采用这种电路形式设置 Q点？
即典型的 Q点稳定电路三、场效应管放大电路的动态分析
1,场效应管的交流等效模型
DS
GS
D
m Uu
ig
近似分析时可认为其为无穷大！
根据 iD的表达式或转移特性可求得 gm。
与晶体管的 h参数等效模型类比：
DQDO
thGS
IIUg
)(
m
2? 小信号作用时，增强型 MOS管的跨导
2,基本共源放大电路的动态分析
do
i
dm
gs
dd
i
o
RR
R
Rg
U
RI
U
U
A u
若 R
d=3kΩ,Rg=5kΩ，
gm=2mS，则与共射电路比较。
uA?
3,基本共漏放大电路的动态分析
i
sm
sm
sdgs
sd
i
o
1
R
Rg
Rg
RIU
RI
U
U
A u
若 Rs=3kΩ,gm=2mS，则
uA?
基本共漏放大电路输出电阻的分析
m
s
om
s
o
o
o
o
o
1
g
R
Ug
R
U
U
I
U
R ∥?
若 Rs=3kΩ,gm=2mS，
则 Ro=?
四,复合管复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。
21
)1)(1( 211BE ii 不同类型的管子复合后，其类型决定于 T1管。
目的：增大 β，减小前级驱动电流，改变管子的类型。
讨论一判断下列各图是否能组成复合管在合适的外加电压下，
每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。
清华大学 华成英
hchya@tsinghua.edu.cn
Ri=? Ro=?
)]})(1()[1({ Le2b e 21b e 1bi RRrrRR ∥∥
讨论二
2
1
sbb e 1
b e 2
eo 1
1
RRrr
RR
∥
∥
场效应管有三个极：源极（ s）,栅极（ g）、漏极（ d），
对应于晶体管的 e,b,c；有 三个工作区域：截止区、恒流区、
可变电阻区，对应于 晶体 管的截止区、放大区、饱和区。
1,结型场效应管导电沟道 源极栅极漏极符号结构示意图栅 -源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽 沟道变窄 沟道消失称为夹断
uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么 g-s必须加负电压？
UGS（ off）
漏 -源电压对漏极电流的影响
uGS＞ UGS（ off） 且不变,VDD增大,iD增大
。
预夹断u
GD＝ UGS（ off）
VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻,iD几乎不变，进入恒流区,iD
几乎仅仅决定于 uGS。
场效应管工作在恒流区的条件是什么？
uGD>UGS（ off）
uGD<UGS（ off）
常量 GS)( DSD Uufi
g-s电压控制 d-s的等效电阻输出特性常量
DSGS
D
m Uu
ig
预夹断轨迹,uGD＝ UGS（ off）
可变电阻区恒流区
iD几乎仅决定于 uGS
击穿区夹断区（截止区） 夹断电压
IDSS
ΔiD
不同型号的管子 UGS（ off）,IDSS
将不同。
低频跨导：
UGS=0时的漏极电流常量 DS)( GSD Uufi
夹断电压漏极饱和电流转移特性场效应管工作在恒流区，因而 uGS＞ UGS（ off） 且 uDS＜ UGS（ off） 。
2
G S ( o f f )
GS
D S SD )1( U
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Ii
在恒流区时为什么必须用转移特性描述 uGS对 iD的控制作用？
2,绝缘栅型场效应管
uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个 N区相接时，形成导电沟道。
增强型管
SiO2绝缘层衬底耗尽层 空穴高掺杂反型层大到一定值才开启增强型 MOS管 uDS对 iD的影响用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。 N
沟道增强型 MOS管工作在恒流区的条件是什么？
iD随 uDS的增大而增大，可变电阻区
uGD＝ UGS（ th）,
预夹断
iD几乎仅仅受控于 uGS，恒流区刚出现夹断
uGS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻耗尽型 MOS管耗尽型 MOS管在 uGS＞ 0,uGS ＜ 0,uGS ＝ 0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于 SiO2绝缘层的存在，在
uGS＞ 0时仍保持 g-s间电阻非常大的特点。
加正离子小到一定值才夹断
uGS=0时就存在导电沟道
MOS管的特性
1)N沟道增强型 MOS管
2)N沟道耗尽型 MOS管开启电压夹断电压
DG S ( t h )GSDO
2
G S ( t h )
GS
DOD
2
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时的为式中在恒流区时，
3,场效应管的分类工作在恒流区时 g-s,d-s间的电压极性
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DSGS
DSGS
DSGS
DSGS
DSGS
＜极性任意，沟道
＞极性任意，沟道耗尽型
＜，＜沟道
＞，＞沟道增强型绝缘栅型
＜，＞沟道
＞，＜沟道结型场效应管
uu
uu
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uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？
uGS＞ 0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？
uGS＜ 0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？
MOS管分类
N沟道 P沟道增强型 耗尽型 增强型 耗尽型电路符号转移特性曲线非饱和区条件 VGS＞ VT,VDS＜ VGS－ VT VGS＜ VT,VDS＞ VGS－ VT
特点饱和区条 件 VGS＞ VT,VDS≥VGS－ VT VGS＜ VT,VDS≤VGS－ VT
特 点
G D
S
G D
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G D
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VGS VT O
VGS
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VGS→ Ron
VGSI
D = ID0 ( － 1)2V
T
二、场效应管静态工作点的设置方法
1,基本共源放大电路根据场效应管工作在恒流区的条件，在 g-s,d-s间加极性合适的电源
dDQDDD S Q
2
G S ( t h )
GG
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GGG S Q
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2,自给偏压电路
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G S Q
D S SD )1( U
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由正电源获得负偏压称为自给偏压哪种场效应管能够采用这种电路形式设置 Q点？
3,分压式偏置电路
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2
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为什么加 Rg3?其数值应大些小些？
哪种场效应管能够采用这种电路形式设置 Q点？
即典型的 Q点稳定电路三、场效应管放大电路的动态分析
1,场效应管的交流等效模型
DS
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D
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近似分析时可认为其为无穷大！
根据 iD的表达式或转移特性可求得 gm。
与晶体管的 h参数等效模型类比：
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2? 小信号作用时，增强型 MOS管的跨导
2,基本共源放大电路的动态分析
do
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若 R
d=3kΩ,Rg=5kΩ，
gm=2mS，则与共射电路比较。
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3,基本共漏放大电路的动态分析
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基本共漏放大电路输出电阻的分析
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若 Rs=3kΩ,gm=2mS，
则 Ro=?
四,复合管复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。
21
)1)(1( 211BE ii 不同类型的管子复合后，其类型决定于 T1管。
目的：增大 β，减小前级驱动电流，改变管子的类型。
讨论一判断下列各图是否能组成复合管在合适的外加电压下，
每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。
清华大学 华成英
hchya@tsinghua.edu.cn
Ri=? Ro=?
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讨论二
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