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第四章
场效应管放大电路
重点： 1.掌握场效应管的工作原理、特性曲线； 2.学会判断场效应管的工作状态； 3.掌握场效应管放大电路(特别是结型场效应管
JFET放大电路)的分析方法。
场效应管简介
——场效应管(Field Effect Transistor，简称FET)
BJT(三极管)是一种电流控制元件(iB~ iC)。工作时，多数载流子和少数载流子都 参与运行，所以能耗大，温度特性差。
耗尽层 (PN结)
N+
N+
P衬 底
P型硅衬底
-
衬 底b
高掺杂N区
（1-6）
3.增强型N沟道MOSFET的放大原理
共源极接法的接线：
经实验证明: (1)栅极电流ig≈0
由于栅极是绝缘的,GS之 间输入电阻很高,最高可达 1014,因此栅极电流ig≈0 。
d iD +
g
vDS
+ vGS
ig s
-
+
VCC -
一个接通的开关。
ID/mA
VGS= 6V VGS= 5V
VGS= 4V VGS= 3V
d + iD
g
vDS
+ vGS
ig s -
-
RD
+
VCC -
VGS= 2V VGS=VT
VDS/V
（1-23）
(3)恒流区(饱和区,相当于BJT放大区)
判断: VDS ≥vGS-VT 且VGS ＞VT
特点: vDS＝vCC -iDRD
（恒流区又称放大区）
vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT）
V-I 特性：
iD Kn (vGS VT )2
K
nVT2
(
vG S VT
1)2
I
DO
(
vG S VT
1)2
IDO KnVT2 是vGS＝2VT时的iD
（1-18）
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
（2）转移特性
iD=Kn (vGS-VT )2 可见:若vGS恒定, 则iD恒定 ——恒流源特点
ID/mA
这时场效应管D~S端相当于:
一个受vGS控制的恒流源
d + iD
g
vDS
+ vGS
ig s -
-
RD
+
VCC -
恒流区 饱和区 VGS= 6V VGS= 5V VGS= 4V VGS= 3V VGS= 2V VGS=VT
v DS
——低频跨导
（1-30）
(2)漏极特性曲线(iD vDS/vGS=constant >VP)
(输出特性曲线)
可变电阻区
ID/mA
d + iD RD 16
g
vDS
+ ig s vGS
+ 12
VCC 8
-
4
-
04
预夹断轨迹: vDS =vGS-VP
耗尽型的MOS管VGS= 0时就有导电沟道，加反向电
压到一定值时才能夹断。
ID/mA
d + iD
g
vDS
+ vGS
ig s -
-
RD
+
VCC -
夹断电压
16
ID1SS2 8
饱和漏 极电流
VP
4
VGS /V
-3 –2 –1 0 1 2
曲线上某点的斜率：
gm
Δ ID Δ VG S
VDS
iD vGS
VDS/V
（1-24）
二 .增强型P沟道绝缘栅场效应管
1.结构
2、符号
D
P+
P+
NFET的放大原理
分析方法与增强型N沟道相同，只不过须将所有的 电压电流方向、大于小于号方向反过来。
其特性曲线如P97所示。
（1-25）
三.耗尽型N沟道绝缘栅场效应管
如果MOS管在制造时导电沟道就已形成，称为耗 尽型场效应管。
(2)当vDS变化, vGS =constant>VP时 若vDS整个沟道呈楔形分布。此时若vDS iD 当vDS增加到使vDS =(vGS -VP )时,在紧靠D处出现预夹断。 预夹断后,vDS夹断区延长沟道电阻iD基本不变（1。-29）
5、特性曲线
(1)转移特性曲线(iD vGS/vDS=constant)
(2)当栅源电压vGS变化, 漏源电压vDS =constant>0时 若vGS ≤VT (开启电压) :漏极电流iD=0 若vGS >VT: vGS 越大, iD越大——互导放大作用
(3)当漏源电压VDS变化, 栅源电压vGS =constant>VT时
若vDS=0: iD=0 若0< vDS <(vGS -VT ) : vDS越大, iD越大
d + iD
经实验证明: (1)栅极电流ig≈0
g
vDS
+ vGS
ig s -
-
RD
+
VCC -
由于栅极G与D、B、S是绝缘的,所以ig≈0
(2)当栅源电压vGS变化, 漏源电压vDS =constant>0时:
vGS ≤VP (夹断电压,VP＜0) :漏极电流iD=0
vGS >VP: vGS 越大, iD越大——互导放大作用
靠近漏极d处的电位升高 电场强度减小 沟道变薄
整个沟道呈楔形分布
（1-10）
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDS ID 沟道电位梯度
当vDS增加到使vGD=VT 时，
在紧靠漏极处出现预夹断。
在预夹断处：vGD=vGS-vDS =VT
源 极s 栅 极-g 漏 极d
- –vGS+
-
N+
N+
纵向电场足够大→将P区少
子电子聚集到P区表面→形成
P衬 底
导电沟道。
当d~s间加电压后,将有漏极 电流id产生。
b衬 底b N型导电沟道
vGS愈高，导电沟道愈宽，相同vDS条件
下id越大。
（1-9）
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDS ID 沟道电位梯度
JFET 结型
增强型
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道 P沟道
N沟道 （耗尽型）
P沟道
耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在 增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道
（1-3）
§4.1 金属-氧化物-半导体场效应管
——MOS场效应管、绝缘栅场效应管: Metal Oxide Semiconductor FET, 简称MOSFET
其中
Kn
K n 2
W
L
nCox W
2 L
n ：反型层中电子迁移率
Cox ：栅极（与衬底间）氧 化层单位面积电容
Kn' nCox 本征电导因子 Kn为电导常数，单位：mA/V2
（1-17）
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
（1）输出特性及大信号特性方程
③ 饱和区
1.结构
SiO2绝缘层中 掺有正离子
2.符号
D
感应出N型 导电沟道
G
S
（1-26）
5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
1. 结构和工作原理（N沟道）
二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子 可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流
（1-27）
3.耗尽型N沟道MOSFET的放大原理 共源极接法的接线：
N+
N+
P衬 底
b衬 底b
(3)由于栅极G与D、B、S是绝缘的，栅极电流ig≈0 输入电阻：ri＝vGS/ig ，很高，最高可达1014 。 （1-14）
(2)当vDS变化, 栅源电压vGS =constant>VT时
若vDS沟道产生电位梯度 靠近漏极d处的电位高, 电场强
–VCC+
度小, 沟道薄。靠近源极s处的电 位低, 电场强度大, 沟道厚。 整个沟道呈楔形分布。
源 极s 栅 极-g 漏 极d
- –vGS+
-
此时, vDS iD 当vDS增加到使vGS-vDS=VT时， 在紧靠漏极处出现预夹断。 在预夹断处： vDS =(vGS -VT ) 预夹断后，vDS夹断区延长 沟道电阻iD基本不变
N+
N+
P衬 底
b衬 底b
(3)由于栅极G与D、B、S是绝缘的，栅极电流ig≈0 输入电阻：ri＝vGS/ig ，很高，最高可达1014 。 （1-15）
由于制造时已经形成了沟道，所以在vGS=0时,若漏– 源之间加上一定的电压vDS,也会有漏极电流 iD 产生。 当vGS>0时,导电沟道变宽,iD增大; 当vGS<0时,使导电沟道变窄,iD减 小;vGS负值愈高,沟道愈窄,iD就愈小。 当vGS(=夹断电压VP) 达到一定负值 时,N型导电沟道消失, iD=0, 称为场 效应管截止。
(3)当漏源电压VDS变化, 栅源电压vGS =constant>VP时:
0< vDS <(vGS -VP ) : vDS越大, iD越大
饱和漏极电流
vDS>(vGS-VP ):vDS越大,iD恒定,且iD=IDSS(1-vGS/VP )2 （1-28）
4.耗尽型N沟道MOSFET的内部微观原理 (1)当vGS变化, vDS =constant>0时
