第3章场效应管及其基本放大电路3.1 教学内容与要求本章介绍了场效应管的结构、类型、主要参数、工作原理及其基本放大电路。

教学内容与教学要求如表1.1所示。

表3.1 第3章教学内容与要求3.2 内容提要3.1.1场效应晶体管1．场效应管的结构及分类场效应管是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的，是电压控制型器件。

工作过程中起主要导电作用的只有一种载流子（多数载流子），故又称单极型晶体管。

场效应管有两个PN结，向外引出三个电极：漏极D、栅极G和源极S。

场效应管的分类如下：2．场效应管的工作原理(1)栅源控制电压的极性对JFET，为保证栅极电流小，输入电阻大的特点，栅源电压应使PN结反偏。

N沟道JFET：U GS<0；P 沟道JFET：U GS>0。

对增强性MOS管，N沟道增强型MOS管，参加导电的是电子，栅源电压应吸引电子形成反型层构成导电沟道，所以U GS >0；同理，P 沟道增强型MOS 管，U GS <0。

对耗尽型MOS 管，因二氧化硅绝缘层里已经掺入大量的正离子（或负离子：N 沟道掺入正离子；P 沟道掺入负离子），吸引衬底的电子（或空穴）形成反型层，即U GS =0时，已经存在导电沟道，所以，栅源电压U GS 可正可负。

(2) 夹断电压U GS(off)和开启电压U GS(th)对JFET 和耗尽型MOS 管，当｜U G S ｜增大到一定值时，导电沟道就消失（称为夹断），此时的栅源电压称为夹断电压U GS(off)。

N 沟道场效应管U GS(off ) <0；P 沟道场效应管U GS(off ) >0。

对增强型MOS 管，当⎪U GS ⎪增加到一定值时，才会形成导电沟道，把开始形成反型层的栅源电压称为开启电压U GS(th)。

N 沟道增强型MOS 管U GS(th ) >0；P 沟道增强型MOS 管U GS(th ) <0。

(3) 栅源电压u GS 对漏极电流i D 的控制作用场效应管的导电沟道是一个可变电阻，栅源电压u GS 可以改变导电沟道的尺寸和电阻的大小。

当u DS =0时，u GS 变化，导电沟道也变化但处处等宽，此时漏极电流i D =0；当u DS ≠0时，产生漏极电流，i D ≠0，沿沟道产生了电位梯度使导电沟道变得不等宽。

当u GS 一定，⎪u DS ⎪增大到一定大小时，在漏极一侧导电沟道被夹断，称为预夹断。

导电沟道预夹断前，⎪u DS ⎪增大，⎪i D ⎪增大，漏源间呈现电阻特性，但u GS 不同，对应的电阻不同。

此时，场效应管可看成受u GS 控制的可变电阻。

导电沟道预夹断后，⎪u DS ⎪增大，i D 几乎不变。

但是，随u GS 变化，i D 也变化，对应不同的u GS ，i D 的值不同。

即i D 几乎仅仅决定于u GS ，而与u DS 无关。

栅源电压u GS 的变化，将有效地控制漏极电流i D 的变化，即体现了栅源电压u GS 对漏极电流i D 的控制作用。

3．效应管的伏安特性效应管的伏安特性有输出特性和转移特性。

(1) 输出特性：指当栅源电压u GS 为常量时，漏极电流i D 与漏源电压u DS 之间的关系，即常数==GS )(DS D u u f i （3-1）场效应管有四个工作区域：可变电阻区：导电沟道预夹断前，此时场效应管是一个受u GS 控制的可变电阻。

恒流区：导电沟道预夹断后，此时漏极电流i D 仅决定于u GS ，场效应管相当于一个栅源电压控制的电流源。

场效应管作为放大器件应用时，都工作在该区域。

截止区：导电沟道被全部夹断，i D ≈0。

击穿区：⎪u DS ⎪太大，靠近漏区的PN 结被击穿，i D 急剧增加，很快会烧毁管子。

不允许场效应管工作在击穿区。

(2) 转移特性：指当漏源电压u DS 为常量时，漏极电流i D 与栅源电压u GS 之间的关系，即 常数==DS )(GS D u u f i （3-2）转移特性表示栅源电压u GS 对漏极电流i D 的控制作用。

4．场效应管的主要参数(1) 直流参数：夹断电压U GS （off ）；开启电压U GS(th)；饱和漏极电流I DSS ；直流输入电阻R GS(DC)。

(2) 交流参数：低频跨导g m ；极间电容。

(3) 极限参数：最大漏极电流I DM ；最大漏源电压U (BR)DS ； 最大栅源电压U (BR)GS ；最大耗散功率P DM 。

3.1.2场效应管放大电路1. 场效应管的低频小信号模型场效应管的低频小信号模型，如图3-1(a)所示，简化的低频小信号模型，如图3-1(b)所示。

··(a) 场效应管的微变等效电路 (b) 场效应管简化的微变等效电路图3-1 场效应管的微变等效电路2．场效应管放大电路场效应管有三个电极：栅极、漏极和源极，在组成放大电路时也有三种接法，即共栅放大电路、共漏放大电路和共源放大电路。

但共栅放大电路很少使用。

(1) 直流偏置与静态分析场效应管放大电路常用的偏置方式有两种：自给偏置和分压式偏置。

场效应管放大电路的静态分析可采用图解法和公式计算法。

图解法是利用场效应管的特性曲线和直流负载线确定静态工作点；公式计算法是利用转移特性方程和偏置电路的线性方程联立求解确定静态工作点。

(2) 动态分析场效应管放大电路的动态分析步骤：画交流通路→将交流通路中的FET 用交流小信号模型代替→计算g m和r ds →利用微变等效电路然后计算动态性能指标uA ，R i 和R o 。

(3) 场效应管工作状态的判断导通：N 沟道JFET 和N 沟道耗尽型MOS 管：U GS >U GS(off)，N 沟道增强型MOS 管：U GS >U GS(th) P 沟道JFET 和P 沟道耗尽型MOS 管：U GS <U GS(off)，P 沟道增强型MOS 管：U GS <U GS(th) 恒流区与非恒流区的判断方法： (1) 先假设FET 工作在恒流区。

(2) 根据FET 的类型，选择工作在恒流区FET 的转移特性方程。

(3) 根据直流通路写出静态时U GSQ 和I DQ 之间的关系。

(4) 联立求解上述方程。

根据FET 类型选择合理的一组解。

(5) 判断工作模式若⎪U DS ⎪>⎪U GS ﹣U GS(off) ⎪ 或⎪U DS ⎪>⎪U GS ﹣U GS(th) ⎪，则FET 工作在恒流区，假设成立。

若⎪U DS ⎪<⎪U GS ﹣U GS(off) ⎪ 或⎪U DS ⎪<⎪U GS ﹣U GS(th) ⎪，则假设不成立，FET 工作在可变电阻区。

(4) 三种基本放大电路的特点共源放大电路：有电压放大能力；输出电压与输入电压反相；场效应管共源放大电路的输入电阻较高而电压放大倍数较小。

共漏放大电路：电压放大倍数小于1，且输出电压与输入电压同相，输出电阻很小。

共栅放大电路：输入电阻小，输出电阻大，放大倍数大，输入与输出同相。

自测题3.1 判断下列说法是否正确，用“√”和“⨯”表示判断结果填入空内1. 结型场效应管外加栅源电压u GS 应使栅源间的耗尽层承受反偏电压，才能保证其输入电阻R G 大的特点。

（ √ ）2. 耗尽型MOS 管在栅源电压u GS 为正或为负时均能实现压控电流的作用。

（ √ ）3. 若耗尽型N 沟道MOS 管的栅源电压u GS 大于零，则其输入电阻会明显变小。

（ ⨯ ）4. 工作于恒流区的场效应管，低频跨导g m 与漏极电流I DQ 成正比。

（ ⨯ ）5. 增强型MOS管采用自给偏压时，漏极电流i D必为零。

（√ ）【解3.1】：1. √ 2.√ 3.× 4. × 5.√3.2 选择填空1. 场效应管的栅-源之间的电阻比晶体管基-射之间的电阻 A 。

A．大B．小C．差不多2. 场效应管是通过改变 A 来改变漏极电流的。

所以是 D 控制型器件。

A．栅源电压B．漏源电压C．栅极电流D．电压E．电流3. 用于放大时，场效应管工作在特性曲线的 B 。

A．可变电阻区B．恒流区C．截止区4. N沟道结型场效应管中参加导电的载流子是 B 。

A．自由电子和空穴B．自由电子C．空穴5. 对于结型场效应管，当︱u GS︱ ︱U GS(off)︱时，管子一定工作在 C 。

A．恒流区B．可变电阻区C．截止区B．击穿区6. 当栅源电压u GS＝0V时，能够工作在恒流区的场效应管有 A C 。

A．结型场效应管B．增强型MOS管C．耗尽型MOS管7. 某场效应管的开启电压U GS(th)=2V，则该管是 A 。

A．N沟道增强型MOS管B．P沟道增强型MOS管C．N沟道耗尽型MOS管D．P沟道耗尽型MOS管8. 共源极场效应管放大电路，其输出电压与输入电压 B ；共漏极场效应管放大电路，其输出电压与输入电压 A 。

A．同相B．反相【解3.2】：1.A 2.A、D 3.B 4. B 5.C 6.A、C 7.A 8.B、A3.3判断图T3.3所示各电路能否进行正常放大？如果不能，指出其中错误，并加以改正。

图T3.3【解3.3】：图T3.3（a）、（c）电路能进行正常放大；（b）、（d）两电路均不能进行正常放大。

图T3.3（b ）放大器件是P 沟道结型场效应管，漏源电压应为负值。

修改后如图解T3.3（a ）所示。

图T3.3（d ）放大器件是P 沟道增强型MOS 管，栅源电压应为正值才能工作，该电路采用自给偏置方式，栅源偏压实际为负值，使管子处于截止状态。

为了使栅源电压为正值，可采用分压式偏置电路。

修改后如图解T3.3（b ）所示。

(a)(b)图解T3.33.4 场效应管的特性曲线如图T3.4所示。

指出它们属于哪种场效应管？图3.4【解3.4】：图T3.4（a ）为N 沟道结型场效应管的特性曲线，（b ）为N 沟道增强型MOS 管的特性曲线，（c ）为N 沟道耗尽型MOS 管的特性曲线，（d ）为P 沟道增强型MOS 管的特性曲线，（e ）为P 沟道结型场效应管的特性曲线，（f ）为P 沟道耗尽型MOS 管的特性曲线。

3.5 已知某场效应管的输出特性曲线如图T3.5所示，试判断场效应管的类型并画出它在恒流区的转移特性。

46810212.25i D u GS /V图解T3.5【解3.5】： 该场效应管为N 沟道增强型MOS 管。

在场效应管的恒流区作横坐标的垂线，读出其与各条曲线交点的纵坐标值及U GS 值，建立i D ＝f （u GS ）坐标系，描点，连线，即可得到转移特性曲线，如图解3.5T 所示。

3.6 试画出与图3-18(b)对应的P 沟道耗尽型MOS 管共源放大电路，标出静态电流的实际方向，并说明管子导通的条件。