第3章 场效应管及其放大电路习题解
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u
A ，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
(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 ?
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、A
3.3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T3.3
3.4 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。
46
810
212.25
i 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。
【解3.6】：与图3-18(b)对应的P 沟道耗尽型MOS 管共源放大电路如图解T3.6，静态电流的实际方向如图中所示。管子导通的条件是：U GS
I DQ
+
+
+
图解T3.6
习题
3.1 电路如图P3.1所示。已知R D =3.3k Ω，R G =100k Ω，｜V DD ｜=10V ，｜V GG ｜=2V ，VT 1的U GS(th)=3V ，VT 2的U GS(off)=3V
，I DSS =－5mA ，VT 3的U GS(off)=2V ，I DSS =－2mA ，试分析场效应管分别工作在什么区域。
(a) (b) (c)
图P3.1 图P3.2
【解3.1】：图(a)所示电路：VT 1是N 沟道增强型MOS 管，因为栅极电流I GQ =0，U GSQ =V GG =2V
图(b)所示电路：VT 2是P 沟道JFET ，U GSQ =0V ，假设VT 2工作于恒流区，则
mA 5)1(DSS 2GS(off)
GSQ DSS DQ -==-
=I U U I I
U DSQ =V DD -I DQ R D =-10-（-5）?3.3=6.5V>0V
因为﹣V DD =﹣10V ，V SQ =0V ，所以U DSQ 不可能大于零，说明VT 2实际的∣I DQ ∣应小于∣I DSS ∣，VT 2不可能工作于恒流区，而是工作于可变电阻区。
图(c)所示电路：VT 3是P 沟道耗尽型MOS 管，U GSQ =0V ，假设VT 3工作于恒流区，则
mA 2)1(DSS 2GS(off)
GSQ DSS DQ -==-
=I U U I I
U DSQ =V DD ﹣I DQ R D =﹣10﹣（﹣2）?3.3=﹣3.4V 因为 U GSQ -U GS(off)=0-2=-2V
对P 沟道MOS 管，满足工作于恒流区的条件：U DSQ < U GSQ -U GS(off)，假设正确，所以VT 3工作于恒流区。 3.2 在图P3.2所示电路中，已知R D =16k Ω，R G =1M Ω，R S =4k Ω，V DD =20V ，场效应管的I DSS =2mA ，U GS(off)=－4V ，计算I DQ 和U DSQ 的值。
【解3.2】：VT 是N 沟道JFET ，由图可知：U GSQ =－I DQ R S 又因为 2GS(off)
GSQ DSS DQ )1(U U I I -=
代入数据得方程组：
??
?
?
?--=-=2GSQ DQ DQ
GSQ )41(24U I I U 解之得：????
?-==V 2mA
5.01GSQ DQ1U I
??
???-==V 8mA
21GSQ DQ2U I
后一组解不合实际，应予舍去。故U DSQ =V DD －I DQ （R D +R S ）=20－0.5?（16+4）=10V
得?
??==V 10mA
5.0DSQ DQ U I
3.3 已知结型场效应管具有下列参数：I DSS =2mA ，U GS(off)=-6V ，U (BR)= -20V ，P DM =100mW 。 1. 试大致画出其转移特性曲线和输出特性曲线，并确定安全工作区和三个工作区。 2. 若管压降u DS =0.5V 时，要求压控电阻为2.5k Ω，由转移特性估算其栅源电压u GS 。 【解3.3】 由题可知该场效应管是N 沟道结型场效应管。 1. 根据2GS(of f)
GS DSS D )1(U U I I -
=在恒流区内取不同的U GS 值计算相应的I D ，结果列于表解3.3(a)。
表解3-4(a)
(2) 根据可变电阻区和饱和区的分界线方程U GD =U GS －U DS =U GS(off)，及U DS =U GS －U GS(off)，取不同的U GS 计算相应的U DS ，即可得出可变电阻区和饱和区的分界点，如表解3.3 (b)。
表解3-4(b)
(3) 根据U (BR)DS =U GS －U (BR)计算击穿区和饱和区的分界点，如表解3.3(c)。
表解3-4(c)
(4) 由P DM =U DS I D ，得U DS =P DM /I D ，求出安全工作区的分界点，如表解3.3 (d)。
表解3-4(d)
由上述计算结果可知，在保持饱和区的电流I D 时，其安全电压已远远大于漏源击穿电压U (BR)DS 。因此，应按U (BR)DS 作为安全工作区的分界线。
根据以上计算结果，可分别画出输出特性曲线和转移特性曲线，如图解P3.3所示。 2．当U DS =0.5V 时，要求压控电阻为2.5k ?，则此时的漏极电流
mA 2.05
.25
.0D ==
I 将I D 、I DSS 和U GS(off)代入转移特性方程
2GS(of f)
GS DSS D )1(U U I I -
=
即 2
GS )6
1(22.0--
?=U 解之得：U GS1=－3V ；U GS2=－9V 。因为－9V
5
10
15
20
DS /V
-1
-2
-3-4-5-60
图解P3.3
3.4 判断图P3.4所示各电路中，哪些场效应管有可能工作在恒流区。
图P3.4
【解3.4】 (a)可能 (b)不可能 (c)可能 (d)可能
3.5 图P3.5(a)所示电路中，已知R D =18k Ω，R G =10M Ω，R S =2k Ω，V DD =20V ，R L =18k Ω，场效应管的输出特性如图P3.5(b)所示。
1．利用图解法求解Q 点；2．计算电路的电压放大倍数
u .
A ，输入电阻R i 和输出电阻R o 。
(a) (b)
图P3.5
【解3.5】：1．(1)根据输出回路方程u DS =V DD －i D (R D +R S )在输出特性上作直流负载线AB ，如图解P3.5(b)所示。
(2)作负载转移特性 根据直流负载线AB 与各条输出特性的交点，读出各交点相应的i D 和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P3.5 (a)所示。
(3)根据输入回路方程u GS =－i D R S 做源极负载线OL ，源极负载线OL 与负载转移特性的交点就是静态工作点Q ，如图解P3.5 (a)所示。得静态值I DQ ≈0.37mA ，U GSQ ≈－0.75V 。
(4)根据得出的I DQ ，在转移特性和输出特性曲线定出Q 点，得U DSQ ≈12.5V 。 则静态工作点Q ：I DQ ≈0.37mA ，U GSQ ≈－0.75V ，U DSQ ≈12.5V 。 2．由转移特性可知，场效应管的I DSS =0.75mA ，U GS(off)=－1.5V 。 故 mS 7.02DQ DSS GS(off)
m ≈-
=I I U g
电路的微变等效电路如图解P3.5 (c)所示，根据此电路可得 电路的电压放大倍数3.6////D L m gs
.
D
L gs .
m .
i
.
o u .
-=-=-
==
R R g U R R U g U U A
输入电阻 R i =R G =10M ? 输出电阻 R o =R D =18 k Ω
5
1015
20
-0.5
-1-1.5
U GS /V 25
0.5DSQ U GSQ
(a) 负载转移特性 (b) 输出特性
(c) 微变等效电路
图解P3.5
3.6 电路如图P3.6所示，已知R D =3k Ω，R G =1M Ω，R S =1k Ω，R L =18k Ω，V DD =30V ，I DSS =7mA ，U GS(off)=－8V 。试求：1．电路的静态工作点；2．低频跨导g m 。3．画出其微变等效电路。4．电压放大倍数u .
A ，输
入电阻R i 和输出电阻R o 。
【解3.6】：1．根据电路和转移特性方程可列下列方程组
??
???-=-=2GS(off)GS
DSS DQ S DQ GSQ )1(U U
I I R I U 代入数据求解，舍去不合理数据，可得静态工作点：I DQ =2.9mA ，U GSQ =－2.9V ，U DSQ =18.4V 2．低频跨导 13.12DQ DSS GS(of f)
m =-
=I I U g
3．电路的微变等效电路如图解P3.6所示。
图P3.6 图解P3.6
4．电路的电压放大倍数9.2////D L m gs
.
D
L gs .
m .
i
.
o u .
-=-=-
==
R R g U R R U g U U A
输入电阻R i =R G =1M ?； 输出电阻：R o =R D =3k Ω
3.7 在图P3.7所示的场效应管放大电路中，已知R D =10k Ω，R G =2M Ω，R G1=300k Ω，R G2=100k Ω，R S1=2k Ω，R S2=10k Ω，R L =10k Ω，－V DD =－20V ，g m =1mS 。画出其微变等效电路，并估算电压放大倍数u .
A 和输入电阻
R i 。
图P3.7 图解P3.7
【解3.7】：放大电路的微变等效电路如图解P3.7所示。 根据电路可知电压放大倍数7.11////S1
m D
L m S1
gs .
m gs .
D L gs .
m .
i
.o u .
-=+-=
+-
==
R g R R g R U g U R R U g U U A
输入电阻 R i =R G +R G1//R G2=2.075M ?
3.8 放大电路如图P3.8所示。已知R D =18k Ω，R G =1M Ω，R S2=2k Ω，R L =18k Ω，V DD =24V ，g m =2mS ，I DSS =1mA ，U GS(off)=－5V ，静态时V DQ =9V 。
1．求电阻R S1；2．求放大电路的电压放大倍数
u .
A 和输入电阻R i 。
图P3.8 图解P3.8
【解3.8】： 1．由V DQ =9V=V DD －I DQ R D =24V －I DQ ?18 k Ω 解得：I DQ =0.83mA 而U GSQ = －I DQ R S1=－0.83I DQ ，
代入方程 2G S (o f f )
G S Q
D S S
DQ )1(U U I I -=，解之得 k Ω54.0'S1
=R ，k Ω5.11'
'S1=R
当k Ω5.11'
'S1=R 时，U GSQ =－I DQ R S1=－0.83?11.5=－9.55V
S1S1==R R
2．电路的微变等效电路如图解P3.8所示。在这里电阻R S2起自举作用，U i >>I i R G ，计算中可忽略I i 在R S2上的电压降，所以根据电路可知
电压放大倍数3)
(1//)
//S2S1m D
L m S2S1gs .
m gs .
D L gs .
m .
i
.o u .
-=++-=
++-
==
R R g R R g R R U g U R R U g U U A （
根据微变等效电路图，可列出方程组
??
???+-=++=)
()(S2S1gs m i .
gs .S2
i .gs .m G i .i .
R R U g U U R I U g R I U 解之得： 输入电阻 M Ω93.2)
(11S2S1m S2
m S2
G i
.
i .
i ≈++-
+=
=
R R g R g R R I U R
3.9 图P3.9所示为共漏放大电路，已知R G =2M Ω，R G1=300k Ω，R G2=100k Ω， R S =12k Ω，R L =12k Ω，V DD =20V ，g m =1mS 。
1．画出其微变等效电路；2．估算电压放大倍数u .
A ，输入电阻R i 和输出电阻R o 。
图P3.9 图解P3.9(a)
【解3.9】：1．电路的微变等效电路如图解P3.9(a)所示。 2．由微变等效电路可知电压放大倍数857.0//1//////S
L m S
L m S
L gs .
m gs .
S L gs .
m .
i
.o u .
=+=
+=
=
R R g R R g R R U g U R R U g U U A
输入电阻 R i =R G +R G1//R G2=2.075M ? 求输出电阻的等效电路如图解P3.9(b)所示。
图解P3.9(b)
输出电阻 m
S m S o
.
o .
o 1
//
/11g R g R I U R =+=
=
=0.92k ? 3.10 电路如图P3.10所示。已知R G =1M Ω，V DD =30V ，－V SS =－18V ，VT 1的I DSS =12.5mA ，U GS(off)=－6V ，VT 2的I DSS =8mA ，U GS(off)=－4V ，电路中VT 1的I D1Q =2mA ，U DS1Q =10V 。试求R S 和R D 的数值。
图P3.10
【解3.10】：设VT 1、VT 2的I DSS 、U GS(off)分别为I DSS1、U GS(off)1和I DSS2、U GS(off)2。 根据电路，可知I D1Q =I D2Q =2mA 对于VT 2，
??
???
-=-
=S D2Q GS2Q 2GS(off)GS2Q DSS2D2Q )1(R I U U U I I
代入已知数据，解之得k Ω1'S =R ，k Ω3'
'S =R
代入U GS2Q =－I D2Q R S ，得 当k Ω1'
S =R 时，U GS2Q =－2V ，
当k Ω3'
'S =R 时，U GS2Q =－6V
对于VT 1，2off)1
（
GS GS1Q DSS1D1Q )1(U U I I -
=
代入已知数据，解之得：V 6.3'
GS1Q -=U ，GS(of f )1'
'GS1Q V 4.8U U <-=，不合题意，舍去。故
U GS1Q =－3.6V 。 因为U G1Q =0
U S1Q =－U GS1Q =3.6V U DS1Q =V DD －I D1Q R D －U S1Q
代入已知数据，得R D =8.2k ?。
第3章 场效应管及其放大电路习题解
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。
场效应管放大电路13912
场效应管放大电路 一、选择填空（只填①、②…字样） 1．晶体管是依靠 ⑤ 导电来工作的 ⑦ 器件；场效应管是依靠 ① 导电来工作的 ⑥ 器件（①多数载流子，②少数载流子，③电子，④空穴，⑤多数载流子和少数载流子，⑥单极型，⑦双极型，⑧无极型）。 2．晶体管是 ② ；场效应管是 ① （①电压控制器件；②电流控制器件） 3．晶体管的输入电阻比场效应管的输入电阻 ③ （①大得多；②差不多；③小得多）。 4．晶体管的集电极电流 ② ；场效应管的漏极电流 ① （①穿过一个PN 结，② 穿过两个PN 结，③不穿过PN 结） 5．放大电路中的晶体管应工作在 ② ；场效应管应工作在 ① （①饱和区，②放大区，③截止区，④夹断区，⑤可变电阻区）。 6．绝缘栅型场效应管是利用改变 栅源两极 的大小来改变 沟道电阻 的大小，从而 达到控制 漏极电流 的目的；根据 栅源两极电压为零 时，有无 漏极电流 的差别，MOS 管可分为 耗尽 型和 增强 型两种类型。 7．NMOS 管最大的优点是 输入电阻较大 ；其栅—源电压的极性 为负 ，漏—源电压的极性 为正 ；对于增强型NMOS 管，这两种电压的极性 为正 ，对增强型PMOS 管这两种电压的极性为 负 。 8．耗尽型场效应管在恒流区的转移特性方程为()D GS DS i f u u ==常数，它们都是反映 栅源两端电 压 对 漏极电流 控制特性的。 9、当场效应管的漏极直流电流I D 从2mA 变为4mA 时，它的低频跨导g m 将 。 A.增大 B.不变 C.减小 答案：A 二、解答题 2.已知场效应管的输出特性曲线如图P1.22所示，画出它在恒流区的转移特性曲线。 图P1.22 解：在场效应管的恒流区作横坐标的垂线〔如解图P1.22（a ）所示〕，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，如解图P1.22（b ）所示。
场效应管放大电路习题答案
第3章场效应管放大电路 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）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R GS 大的特点。（?） （2）若耗尽型N沟道MOS管的U GS大于零，则其输入电阻会明显变小。（?） 3-2选择正确答案填入空内。 （1）U GS＝0V时，不能够工作在恒流区的场效应管有 B 。 A. 结型管 B. 增强型MOS管 C. 耗尽型MOS管 （2）当场效应管的漏极直流电流I D从2mA变为4mA时，它的低频跨导g m将 A 。 A.增大 B.不变 C.减小 3-3改正图P3-3所示各电路中的错误，使它们有可能放大正弦波电压。要求保留电路的共源接法。 图P3-3 解：（a）源极加电阻R S。 （b）漏极加电阻R D。 （c）输入端加耦合电容。 （d）在R g支路加－V G G，＋V D D改为－V D D 改正电路如解图P3-3所示。
解图P3-3 3-4已知图P3-4(a)所示电路中场效应管的转移特性和输出特性分别如图（b）(c)所示。 A 、R i和R o。（1）利用图解法求解Q点；（2）利用等效电路法求解 u 图P3-4
解：（1）在转移特性中作直线u G S ＝－i D R S ，与转移特性的交点即为Q 点；读出坐标值，得出I D Q ＝1mA ，U G S Q ＝－2V 。如解图P3-4（a ）所示。 解图P3-4 在输出特性中作直流负载线u D S ＝V D D －i D （R D ＋R S ），与U G S Q ＝－2V 的那条输出特性曲线的交点为Q 点，U D S Q ≈3V 。如解图P3-4（b ）所示。 （2）首先画出交流等效电路（图略），然后进行动态分析。 mA/V 12DQ DSS GS(off)GS D m DS =-=??=I I U u i g U Ω ==Ω==-=-=k 5 M 1 5D o i D m R R R R R g A g u & 3-5 已知图P3-5（a ）所示电路中场效应管的转移特性如图（b ）所示。求解 电路的Q 点和u A &。 图P3-5 解：（1）求Q 点： 根据电路图可知， U G S Q ＝V G G ＝3V 。 从转移特性查得，当U G S Q ＝3V 时的漏极电流 I D Q ＝1mA
场效应管放大器实验报告
实验六场效应管放大器 一、实验目的 1、了解结型场效应管的性能和特点 2、进一步熟悉放大器动态参数的测试方法 二、实验仪器 1、双踪示波器 2、万用表 3、信号发生器 三、实验原理 实验电路如下图所示：
图6-1 场效应管是一种电压控制型器件。按结构可分为结型和绝缘栅型两种类型。由于场效应管栅源之间处于绝缘或反向偏置，所以输入电阻很高（一般可达上百兆欧）又由于场效应管是一种多数载流子控制器件，因此热稳定性好，抗辐射能力强，噪声系数小。加之制造工艺较简单，便于大规模集成，因此得到越来越广泛的应用。 1、结型场效应管的特性和参数 场效应管的特性主要有输出特性和转移特性。图6－2所示为N 沟道结 图6－2 3DJ6F 的输出特性和转移特性曲线 型场效应管3DJ6F 的输出特性和转移特性曲线。 其直流参数主要有饱和漏极电流I DSS ，夹断电压U P 等；交流参数主要有低频跨导 常数U △U △I g DS GS D m == 表6－1列出了3DJ6F 的典型参数值及测试条件。
表6－1 2、场效应管放大器性能分析 图6－1为结型场效应管组成的共源级放大电路。其静态工作点 2 P GS DSS D )U U (1I I - = 中频电压放大倍数 A V ＝－g m R L ＇＝－g m R D // R L 输入电阻 R i ＝R G ＋R g1 // R g2 输出电阻 R O ≈R D 式中跨导g m 可由特性曲线用作图法求得，或用公式 )U U (1U 2I g P GS P DSS m -- = 计算。但要注意，计算时U GS 要用静态工作点处之数值。 3、输入电阻的测量方法 场效应管放大器的静态工作点、电压放大倍数和输出电阻的测量方法，与实验二中晶体管放大器的测量方法相同。其输入电阻的测量， S D DD g2 g1g1 S G GS R I U R R R U U U -+= -=
利用场效应管实现放大电路
利用场效应管实现放大电路 一、设计题目 设计一个场效应管放大器，要求电压增益大于40，输出阻抗小与500欧姆，电源电压15V，输出信号峰峰值不小于8 V，非线性失真度小于10%。 二、技术参数要求 1, 要求电压增益大于40 2,输出阻抗小与500欧姆 3,电源电压15V 4,输出信号峰峰值不小于8 V 5,非线性失真度小于10% 三、所用设备、仪器及清单 示波器一个、信号发生器一个、直流稳压电源一个、数字万用表一个、3DJ6F场效应管三个、47μF电容五个、面包板一个、电阻若干。 四、电路图 五、原理介绍
(1)转移特性栅极电压对漏极电流的控制作用称为转移特性，若用曲线表示，该曲线就称为转移特性曲线。它的定义是：漏极电压UDS恒定时，漏极电流ID同栅极电压UGS的关系，即结型场效应管的转移特性曲线如图所示。图中的Up为夹断电压，此时源极与漏极间的电阻趋于无穷大，管子截止。在UP电压之后，若继续增大UGS就可能会出现反向击穿现象而损坏管子。 (2)输出特性UDS与ID的关系称为输出特性，若用曲线表示，该曲线就称为输出特性曲线。它的定义是：当栅极电压UGS恒定时，ID随UDS的变化关系，即结型场效应管的输出特性曲线如图所示。结型场效应管的输出特性曲线分为三个区，即可变电阻区、饱和区及击穿区。当UDS较小时，是曲线的上升部分，它基本上是通过原点的一条直线，这时可以把管子看成是一个可变电阻。当UDS增加到一定程度后，就会产生预夹断，因此尽管UDS再增加，但IS基本不变。因此预夹断点的轨迹就是两种工作状态的分界线。把曲线上UDS=UGS-UP的点连接起来，便可得到预夹断时的轨迹。轨迹左边对应不同UGS值的各条直线，通称为可变电阻区；
3场效应管放大电路
三、场效应管放大电路 1、当场效应管的漏极直流电流I D从2mA变为4mA时，它的低频跨导gm将。 A.增大 B.不变 C.减小 答案：A 2.已知场效应管的输出特性曲线如图P1.22所示，画出它在恒流区的转移特性曲线。 图P1.22 解：在场效应管的恒流区作横坐标的垂线〔如解图P1.22（a）所示〕，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，如解图P1.22（b）所示。 解图P1.22 3.结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R GS大的特点。（） 答案：√ 4.若耗尽型N沟道MOS管的U GS大于零，则其输入电阻会明显变小。（） 答案：× 5.电路如图1.23所示，T的输出特性如图P1.22所示，分析当u I＝4V、8V、12V三种情况下场效应管分别 工作在什么区域。 解：根据图P1.22所示T的输出特性可知，其开启电压为5V，根据图P1.23所示电路可知所以u GS＝u I。 当u I＝4V时，u GS小于开启电压，故T截止。 当u I＝8V时，设T工作在恒流区，根据 输出特性可知i D≈0.6mA，管压降 u DS≈V DD－i D R d≈10V
因此，u GD＝u GS－u DS≈－2V，小于开启电压， 图P1.23 说明假设成立，即T工作在恒流区。 当u I＝12V时，由于V DD ＝12V，必然使T工作在可变电阻区。 6.U GS＝0V时，能够工作在恒流区的场效应管有。 A. 结型管 B. 增强型MOS管 C. 耗尽型MOS管 答案：A 7.电路如图P5.14所示，已知C gs＝C gd＝5pF，g m＝5mS，C1＝C2＝C S＝10μF。 试求f H、f L各约为多少，并写出的表达式。 图P5.14 解：f H、f L、的表达式分析如下：： 图2 图1 （5）U GS＝0V时，能够工作在恒流区的场效应管有。 A. 结型管 B. 增强型MOS管 C. 耗尽型MOS管
场效应管及其放大电路例题解析
第3章 场效应管及其放大电路例题解析 例3．1 试将场效应管栅极和漏极电压对电流的控制机理，与双极型晶体管基极和集电极电压对电流的控制机理作一比较。 场效应管栅极电压是通过改变场效应管导电沟道的几何尺寸来控制电流。漏极电压则改变导电沟道几何尺寸和加速载流子运动。双极型三极管基极电压是通过改变发射结势垒高度来控制电流，集电极电压(在放大区)是通过改变基区宽度，从而改变基区少子密度梯度来控制电流。 例3．2 N 沟道JFET 的转移特性如图3．1所示。试确定其饱和漏电流I DSS 和夹断电压V P 。 解 由图3．1可至知，此JFET 的饱和漏电流I DSS ≈4mA ，夹断电压V P ≈-4V 。 例3．3 N 沟道JFET 的输出特性如图3．2所示。漏源电压的V DS ＝15V ，试确定其饱和漏电流I DSS 和夹断电压V P 。并计算V GS ＝-2V 时的跨导g m 。 解 由图3．2可得：饱和漏电流I DSS ≈4mA ，夹断电压V P ≈-4V ，V GS ＝-2V 时，用作图法求得跨导近似为：ms g m 2.1) 2(14.16.2=----≈ 例３．4 在图3．3所示的放大电路中，已知V DD ＝20V ，R D ＝10k Ω，R S ＝10k Ω，R １＝200k Ω，R 2＝51k Ω，R G ＝1M Ω，并将其输出端接一负载电阻R L ＝10 k Ω。所用的场效应管为N 沟道耗尽型，其参数I DSS ＝0．9mA ，V P ＝—4V ，g m ＝1．5mA ／V 。试求：(1)静态值； (2)电压放大倍数。 解 (1) 画出其微变等效电路，如图3．4所示。其中考虑到ｒＧＳ很大，可认为ｒＧＳ开路，由电路图可知， V V V R R R V DD G 42010 )51200(105133 212=??+?=+= 并可列出 D D S G G S I I R V V 310104?-=-= 图3．1 图3． 2
实验十三基于Multisim的场效应管放大器电路设计
南昌大学实验报告 学生姓名：学号：专业班级：生医091 实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：20110615 实验成绩：实验十三基于Multisim的场效应管放大器电路设计 一、实验目的： 1、场效应管电路模型、工作点、参数调整、行为特征观察方法 2、研究场效应放大电路的放大特性及元件参数的计算 3、进一步熟悉放大器性能指标的测量方法 二、实验原理： 1．场效应管的特点 场效应管与双极型晶体管比较有如下特点： (1)场效应管为电压控制型元件； (2)输入阻抗高(尤其是MOS场效应管)； (3)噪声系数小； (4)温度稳定性好，抗辐射能力强； (5)结型管的源极(S)和漏极(D)可以互换使用，但切勿将栅(G)源(S)极电压的极性接反，以免PN结因正偏过流而烧坏。对于耗尽型MOS管，其栅源偏压可正可负，使用较灵活。 和双极型晶体管相比场效应管的不足之处是共源跨导gm。值较低(只有ms级)，MOS管的绝缘层很薄，极容易被感应电荷所击穿。因此，在用仪器测量其参数或用烙铁进行焊接时，都必须使仪器、烙铁或电路本身具有良好的接地。焊接时，一般先焊S极，再焊其他极。不用时应将所有电极短接。 2．偏置电路和静态工作点的确定 与双极型晶体管放大器一样，为使场效应管放大器正常工作，也需选择恰当的直流偏置电路以建立合适的静态工作点。 场效应管放大器的偏置电路形式主要有自偏压电路和分压器式自偏压电路(增强型MOS管不能采用自偏压电路)两种。 三、实验内容及步骤 1．场效应管共源放大器的调试 (1)连接电路。按图2.4.1在模拟电路实验板上插接好电路，场效应管选用N沟道结型管
3DJ6D，静态工作点的设置方式为自偏压式。直流稳压电源调至18V并接好(注意:共地) (2)测量静态工作点 调节电阻R使V D为2.43V左右，并测量此时的Vg、Vs ，填入表2.4.1，并计算。 表2.4.1静态工作点 将函数发生器的输出端接到电路的输入端。使函数发生器输出正弦波并调=2mV，f=lkHz。用示波器观察输出波形，(若有失真，应重调静态工作点，使波形不失真)，并用示波器测量输出电压Vo，计算Av (4)测量输入及输出阻抗 用换算法测量放大器的输入电阻，在输入回路串接已知阻值的电阻R，但必须注意，由于场效应管放大器的输入阻抗很高，若仍用直接测量电阻R两端对地电Vs 和Vi进行换算的方法，将会产生两个问题： (1)由于场效应管放大器Ri高，测量时会引人干扰； (2)测量所用的电压表的内阻必须远大于放大器的输入电阻Ri，否则将会产生较大的测量误差。为了消除上述干扰和误差，可以利用被测放大器的隔离作用，通过测量放大器输出电压来进行换算得到Ri。图为测量高输入阻抗的原理图。方法是：先闭合开关S(R=0)，输入信号电压Vs，测出相应的输出电压V01，然后断开S，测出相应的输出电压V02，因为两次测量中和是基本不变的，所以 R i=V O2/(V O1-V O2)R 输出电阻测量:在放大器输入端加入一个固定信号电压Vs ，分别测量当已知负载R L断开和接上的输出电压V0和V0L。则 R0=（V0 / V0L -1）R L
模电实验三场效应管放大电路实验报告
实验三 场效应管放大电路 班级： 姓名： 学号： 2015.11.25 一、 实验目的 1. 了解结型场效应管的性能和特点。 2．学习场效应管放大电路动态参数的测试方法。 二、 实验仪器及器件 三、 实验原理 1、结型场效应管的特性和参数 图3－1为N 沟道结型场效应管3DJ6F 的输出特性和转移特性曲线。 图3－1 3DJ6F 的输出特性和转移特性曲线 低频跨导 常数V △V △I g DS GS D m ==
表3－1列出了3DJ6F的典型参数值及测试条件。 表3－1 2、场效应管放大电路性能分析 图3－2为结型场效应管组成的共源级放大电路。 图3－2结型场效应管共源放大电路静态工作点 V GS＝V G－V S＝ g2 g1 g2 R R R V DD－I D R S I D＝I DSS(1－ P GS V V )2 中频电压放大倍数 A V＝－g m R L＇＝－g m R D∥R L
输入电阻 R i ＝R G + R g1∥R g2 输出电阻 R o ≈ R D 跨导 g m ＝－ P DSS V 2I (1－P GS V V ) 3、输入电阻的测量方法 图3－3为测量电路图。 图3－3 输入电阻测量电路 R i ＝O2 O1O2 V V V R 四、 实验内容及实验步骤 1、静态工作点的测量和调整 1）按图3－2连接电路，令v i = 0，接通+12V 电源，用直流电压表测量V G 、 V S 和V D 。检查静态工作点是否在特性曲线放大区的中间部分。如合适则把结果记入表3－2。、 2）若不合适，则适当调整R g2和R S ，调好后，再测量V G 、 V S 和V D 记入表3－2。 表3－2
场效应管放大电路设计
* 课程设计报告 题目：场效应管放大电路设计 学生姓名： *** 学生学号： ******** 系别：电气信息工程院 专业：通信工程 届别： 2014届 指导教师： ** 电气信息工程学院制 2013年3月
场效应管放大电路设计 学生：** 指导教师：** 电气信息工程学院通信工程专业 1、课程设计任务和要求： 1.1 场效应管电路模型、工作点、参数调整、行为特征观察方法 1.2 研究场效应放大电路的放大特性及元件参数的计算 1.3 进一步熟悉放大器性能指标的测量方法 2、课程设计的研究基础： 2.1 场效应管的特点 场效应管与双极型晶体管比较有如下特点： (1)场效应管为电压控制型元件； (2)输入阻抗高(尤其是MOS场效应管)； (3)噪声系数小； (4)温度稳定性好，抗辐射能力强； (5)结型管的源极(S)和漏极(D)可以互换使用，但切勿将栅(G)源(S)极电压的极性接反，以免PN结因正偏过流而烧坏。对于耗尽型MOS管，其栅源偏压可正可负，使用较灵活。 场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。场效应管，FET 是一种电压控制电流器件。其特点是输入电阻高，噪声系数低，受温度和辐射影响小。因而特别使用于高灵敏度、低噪声电路中。场效应管的种类很多，按结构可分为两大类：结型场效应管、JFET和绝缘栅型场效应管IGFET。结型场效应管又分为N沟道和P 沟道两种。绝缘栅场效应管主要指金属一氧化物—半导体MOS场效应管。MOS管又分为“耗尽型”和“增强型”两种，而每一种又分为N沟道和P沟道。结型场效应管是利用导电沟道之间耗尽区的宽窄来控制电流的输入电阻105---1015 之间，绝缘栅型是利感应电荷的多少来控制导点沟道的宽窄从而控制电流的大小、其输入阻抗很高(其栅极与其他电极互相绝缘)以及它在硅片上的集成度高，因此在大规模集成电路中占有极其重要的地位。由多数载流子参与导电，也称为单机型晶体管。它属于电压控制型
场效应管放大电路设计
* 课程设计报告题目：场效应管放大电路设计 学生姓名：学生学号： *** ******** 系专届别： 业： 别： 电气信息工程院 通信工程 2014届 指导教师：** 电气信息工程学院制 2013年3月
**师范学院电气信息工程学院2014届通信工程专业课程设计报告 场效应管放大电路设计 学生：** 指导教师：** 电气信息工程学院通信工程专业 1、课程设计任务和要求： 1.1 1.2 1.3场效应管电路模型、工作点、参数调整、行为特征观察方法研究场效应放大电路的放大特性及元件参数的计算 进一步熟悉放大器性能指标的测量方法 2、课程设计的研究基础： 2.1场效应管的特点 场效应管与双极型晶体管比较有如下特点： (1)场效应管为电压控制型元件； (2)输入阻抗高(尤其是MOS场效应管)； (3)噪声系数小； (4)温度稳定性好，抗辐射能力强； (5)结型管的源极(S)和漏极(D)可以互换使用，但切勿将栅(G)源(S)极电压的极性接反，以免P N结因正偏过流而烧坏。对于耗尽型MOS管，其栅源偏压可正可负，使用较灵活。 场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。场效应管，FET是一种电压控制电流器件。其特点是输入电阻高，噪声系数低，受温度和辐射影响小。因而特别使用于高灵敏度、低噪声电路中。场效应管的种类很多，按结构可 分为两大类：结型场效应管、JFET和绝缘栅型场效应管IGFET。结型场效应管又分为N沟道和P沟道两种。绝缘栅场效应管主要指金属一氧化物—半导体M OS场效应管。MOS管又分为“耗尽型”和“增强型”两种，而每一种又分为N沟道和P沟道。结型场效应管是利用导电沟道之间耗尽区的宽窄来控制电流的输入电阻105---1015之间，绝缘栅型是利感应电荷的多少来控制导点沟道的宽窄从而控制电流的大小、其输入 阻抗很高(其栅极与其他电极互相绝缘)以及它在硅片上的集成度高，因此在大规模 集成电路中占有极其重要的地位。由多数载流子参与导电，也称为单机型晶体管。
练习3 场效应管及放大电路
练习3 场效应管及放大电路 1.场效应管是利用外加电压产生的________来控制漏极电流的大小的。 A. 电流 B. 电场 C. 电压 2.场效应管是________器件。 A. 电压控制电压 B. 电流控制电压 C. 电压控制电流 D. 电流控制电流 3.三极管是_________器件。 A. 电压控制电压 B. 电流控制电压 C. 电压控制电流 D. 电流控制电流 4.结型场效应管利用删源极间所加的_________来改变导电沟道的电阻。 A. 反偏电压 B. 反向电流 C. 正偏电压 D. 正向电流 5.场效应管漏极电流由_________的漂移运动形成。 A. 少子 B. 电子 C. 多子 D. 两种载流子 6.P沟道结型场效应管的夹断电压V p为_________。 A. 正值 B. 负值 C.v GS D. 零 7.N沟道结型场效应管的夹断电压V P为_________。 A. 正值 B. 负值 C. 零 8.P沟道耗尽型MOS管的夹断电压V P为_________。 A. 正值 B. 负值 C. 零 9.v GS=0时，不能工作在放大区的场效应管是________。 A. 结型管 B. 耗尽型MOS管 C. 增强型MOS管 10.N沟道耗尽型MOS管产生预夹断的条件是_________。 A. |v DS|≥|v GS-V P| B. v DS≥v GS–V T及v GS＞V T C. |v DS|≥|v GS-V T| D. v DS≥v GS–V P及v GS＞V P 11.N沟道增强型MOS管产生预夹断的条件是_________。 A. |v DS|≥|v GS-V P| B. v DS≥v GS–V T及v GS＞V T C. |v DS|≥|v GS-V T| D. v DS≥v GS–V P及v GS＞V P 12.各种场效应管对电压v DS极性的要求由_________决定。 A. v GS的极性 B. 耗尽型还是增强型 C. 沟道的类型 13.结型场效应管中，外加电压vGS和vDS 的极性_________。 A. 无特殊要求 B. 必须相反 C. 必须相同 14.P沟道耗尽型MOS管中，外加电压v GS的极性为_________。 A. 正 B. 负 C. 可正可负 15.P沟道耗尽型MOS管中，外加电压v DS的极性为_________。 A. 正 B. 负 C. 可正可负 16.P沟道增强型MOS管中，外加电压v GS的极性为_________。 A. 正 B. 负 C. 可正可负 17.P沟道增强型MOS管中，外加电压v DS的极性为_________。 A. 正 B. 负 C. 可正可负
场效应管放大电路.(DOC)
第三章场效应管放大电路 本章内容简介 场效应管是利用改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。它具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。场效应管的分类根据结构和工作原理的不同，场效应管可分为两大类：结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET)。 （一）主要内容: ?结型场效应管的结构及工作原理 ?金属-氧化物-半导体场效应管的结构及工作原理 ?场效应管放大电路的静态及动态性能分析 （二）教学要点： ?了解结型场效应管和MOS管的工作原理、特性曲线及主要参数 ?掌握用公式法和小信号模型分析法分析其放大电路的静态及动态性能 ?了解三极管及场效应管放大电路的特点 （三）基本要求: 介绍结型场效应管和MOS管的工作原理、特性曲线，重点介绍用公式法和小信号模型分析法分析其放大电路静态及动态性能。
3.1 结型场效应管 3.1.1 JFET的结构和工作原理 1. 结构 在一块N型半导体材料的两边各扩散 一个高杂质浓度的P+ 区,就形成两个不对 称的PN结，即耗尽层。把两个P+区并联在 一起，引出一个电极g，称为栅极，在N 型半导体的两端各引出一个电极，分别称 为源极s和漏极d。 场效应管的与三极管的三个电极的对 应关系： 栅极g—基极b；源极s—发射极e；漏极d —集电极c 夹在两个PN结中间的区域称为导电沟道（简称沟道）。 如果在一块P型半导体的两边各扩散一 个高杂质浓度的N+区，就可以制成一个P沟 道的结型场效应管。P沟道结型场效应管的 结构示意图和它在电路中的代表符号 如图所示。 2. 工作原理 v GS对i D的控制作用 为便于讨论，先假设漏－源极间所加的电压v DS=0。 (a) 当v GS=0时，沟道较宽，其电阻较小。 (b) 当v GS<0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用下，两个PN结耗尽层将加宽。由于N区掺杂浓度小于P+区，因此，随着|v GS| 的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻增大。当|v GS| 进一步增大到一定值|V P| 时，两侧的耗尽层将在沟道中央合拢，沟道全部被夹断。由于耗尽层中没有载流子，因此这时漏－源极间的电阻将趋于无穷大，即使加上一定的电压v DS，漏极电流i D也将为零。这时的栅－源电压v GS称为夹断电压，用V P表示。在预夹断处：V GD=V GS －V DS =V P 上述分析表明: (a)改变栅源电压v GS的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。
场效应管放大电路
第四章场效应管放大电路 本章内容简介 场效应管是利用改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。它具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。场效应管的分类根据结构和工作原理的不同，场效应管可分为两大类：结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET)。 4.1 结型场效应管 4.1.1 JFET的结构和工作原理 1. 结构 在一块N型半导体材料的两边各扩散 一个高杂质浓度的P+ 区,就形成两个不对 称的PN结，即耗尽层。把两个P+区并联在 一起，引出一个电极g，称为栅极，在N 型半导体的两端各引出一个电极，分别称 为源极s和漏极d。 场效应管的与三极管的三个电极的对应关系： 栅极g—基极b；源极s—发射极e；漏极d—集电极c夹在两个PN结中间的区域称为导电沟道（简称沟道）。 如果在一块P型半导体的两边各扩散一 个高杂质浓度的N+区，就可以制成一个P沟 道的结型场效应管。P沟道结型场效应管的
结构示意图和它在电路中的代表符号
如图所示。 2. 工作原理 v GS对i D的控制作用 为便于讨论，先假设漏－源极间所加的电压v DS=0。 (a) 当v GS=0时，沟道较宽，其电阻较小。 (b) 当v GS<0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用下，两个PN结耗尽层将加宽。由于N 区掺杂浓度小于P+区，因此，随着|v GS| 的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻增大。当|v GS| 进一步增大到一定值|V P| 时，两侧的耗尽层将在沟道中央合拢，沟道全部被夹断。由于耗尽层中没有载流子，因此这时漏－源极间的电阻将趋于无穷大，即使加上一定的电压v DS，漏极电流i D也将为零。这时的栅－源电压v GS称为夹断电压，用V P表示。在预夹断处：V GD=V GS－V DS =V P 上述分析表明: (a)改变栅源电压v GS的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。 (b)若同时在漏源-极间加上固定的正向电压v DS，则漏极电流i D将受v GS的控制，|v GS|增大时，沟道电阻增大，i D减小。 (c)上述效应也可以看作是栅－源极间的偏置电压在沟道两边建立了电场，电场强度的大小控制了沟道的宽度，即控制了沟道电阻的大小，从而控制了漏极电流i D的大小。 v DS对i D的影响 设v GS值固定，且V P 实验三场效应管放大电路 一、实验目的 1、 了解结形管的性能和特点 2、 学会计算结形管电路的各项特性，输入电阻、输出电阻、电压增益 二、实验原理 1. 关于结形管的特点 2. 有关电路的特性计算 V GS ：根据具体电路，用KVL 得到： I DSS ：可以对ＧＳ短接，使ＶＧＳ＝０，直接用ＫＶＬ算 ＩＤ＝I DSS （１－ＶＧＳ／ＶＰ）２ Ｚｉ=R G +R g1//R g2 Z o =R D 增益A V = -g m R D //R L g m = -2I DSS /V P *(1 – V GS /V P ) 3. 测量说明 在信号源和放大电路之间链接的地方，在没有电阻的情况下，测量输出电压V O1，在接入定额电阻R 的情况下，测量输出电压V O2： V O2=A V V i =Ri/（R+Ri ）Vs ， V O1=A V V S ，解得Ri= V O2/（V O1-V O2）R 图一 三、实验器材 12V 直流电源函数信号发生器双踪示波器交流毫伏表万用表结形场效应管 四、实验内容 1、 静态工作点的测量和调整 按图一链接电路，只是接通+12V 的直流电，Vi 不连接，各项参数测试如下： S D DD g2g1g1S G GS R I U R R R U U U -+=-= 要注意的测量事项： I D：可以测量R D两端的电压，I D=V D/R D 理论过计算： ＩＤ＝I DSS（１－ＶＧＳ／ＶＰ）２ I DS=V DD/（R S+R D） V GS=-0.55V I D=0.74mA V Ds= V DD-I D（R S+R D）=-0.55V 2）AV的测量 在放大器的输入端加入频率为1KHz、峰峰值为56mv的正弦信号Ui，并用示波器同时观察输入电压Ui输出电压U0的波形。在输出电压U0没有失真的条件下，用交流毫伏表分别测量RL＝∞和RL＝10KΩ时的输出电压UO（注意：保持 Ui幅值不变），记入表 g m= -2I DSS/V P*(1 – V GS/V P )I DS=V DD/（R S+R D） 中频电压放大倍数AV＝－gmRL＇＝－gmRd // RL = -6.11 输出电阻 RO = RD //rd ≈RD = 4.7 kΩ RL=4.7K, Vi和Vo波形如下图： RL=infinite, Vi和Vo波形如下图 S D DD g2 g1 g1 S G GS R I U R R R U U U- + = - = 第四章 场效应管（FET ）及基本放大电路 §4.1 知识点归纳 一、场效应管（FET ）原理 ·FET 分别为JFET 和MOSFET 两大类。每类都有两种沟道类型，而MOSFET 又分为增强型和耗尽型（JFET 属耗尽型），故共有6种类型FET （图4-1）。 ·JFET 和MOSFET 内部结构有较大差别，但内部的沟道电流都是多子漂移电流。一般情况下，该电流与GS v 、DS v 都有关。 ·沟道未夹断时，FET 的D-S 口等效为一个压控电阻（GS v 控制电阻的大小），沟道全夹断时，沟道电流D i 为零；沟道在靠近漏端局部断时称部分夹断，此时D i 主要受控于GS v ，而DS v 影响较小。这就是FET 放大偏置状态；部分夹断与未夹断的临界点为预夹断。 ·在预夹断点，GS v 与DS v 满足预夹断方程： 耗尽型FET 的预夹断方程：P GS DS V v v -=（P V ——夹断电压） 增强型FET 的预夹断方程：T GS DS V v v -=（T V ——开启电压） ·各种类型的FET ，偏置在放大区（沟道部分夹断）的条件由表4-4总结。 表4-4 FET 放大偏置时GS v 与DS v 应满足的关系 ·偏置在放大区的FET ，GS v ~D i 满足平方律关系： 耗尽型： 2 ) 1(P GS DSS D V v I i - =（DSS I ——零偏饱和漏电流） 增强型：2 )(T GS D V v k i -=* · FET 输出特性曲线反映关系 参变量 G S V DS D v f i )(=，该曲线将伏安平面分为可变电阻区 （沟道未夹断），放大区（沟道部分夹断）和截止区（沟道全夹断）；FET 转移特性曲线反映在放大区的关系)(GS D v f i =（此时参变量DS V 影响很小），图4-17画出以漏极流向源极的沟道电流为参考方向的6种FET 的转移特性曲线，这组曲线对表4-4是一个很好映证。 二、FET 放大偏置电路 ·源极自给偏压电路（图4-18）。该电路仅适用于耗尽型FET 。有一定稳Q 的能力，求解该电路工作点的方法是解方程组： 22() [FET ()]GS D DSS d GS T P GS S D v i I v i k v V V v R i ? =-=-?? ?=-?对于增强型,用关系式 ·混合偏压电路（图4-20）。该电路能用于任何FET ，在兼顾较大的工作电流时，稳Q 的效果更好。求解该电路工作点的方法是解方程组： ??? ??-+=D s CC GS i R R R R V v 212平方律关系式 以上两个偏置电路都不可能使FET 全夹断，故应舍去方程解中使沟道全夹断的根。 三、FET 小信号参数及模型 ·迭加在放大偏置工作点上的小信号间关系满足一个近似的线性模型（图4-22低频模 型，图4-23高频模型）。 ·小信号模型中的跨导 Q GS D m v i g ??= m g 反映信号gs v 对信号电流d i 的控制。m g 等于FET 转移特性曲线上Q 点的斜率。 m g 的估算：耗尽管 D DSS P m I I V g ||2 = 增强管D m kI g 2= ·小信号模型中的漏极内阻 Ds ds D Q v r i ?= ? ds r 是FET “沟道长度调效应”的反映，ds r 等于FET 输出特性曲线Q 点处的斜率的倒 数。 四、基本组态FET 小信号放大器指标 1．基本知识 ·FET 有共源（CS ）共漏（CD ）和共栅（CG ）三组放大组态。 第3章 场效应管及其放大电路 场效应晶体管(简称场效应管)是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件。这种器件不仅具有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点,而且还具有输入电阻高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点,因而大大扩展了其应用范围,特别是在大规模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用。 根据结构的不同,场效应管可以分为两大类:结型场效应管(JFET )和金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET )。 本章首先介绍场效应管的结构、工作原理、特性曲线及主要参数,然后介绍场效应管放大电路的电路组成及其工作原理。 3.1 结型场效应管 3.1.1 结型场效应管的结构和工作原理 1.结构结型场效应管的结构示意图如图3-1(a )所示。从图中可以看出,在N 型半导体两侧是两个高掺杂的P 区,从而形成两个PN 结。两侧P 区从内部相连后引出一个电极称为栅极,用G 表图3-1 N 沟道结型场效应管 (a )结构 (b )符号示;从N 型半导体两端分别引出的两个电极称为源极和漏极,用S 和D 表示;两个PN 结中间的 · 94· N 型区域称为导电沟道,这种结构称为N 沟道场效应管,图3-1(b )是它的代表符号。场效应管分N 沟道和P 沟道两种,图3-2所示为P 沟道场效应管。从场效应管代表符号中的箭头方向可以区分是N 沟道还是P 沟道。 2.工作原理下面以N 沟道结型场效应管为例,讨论场效应管的工作原理。图3-3表示的是N 沟道结 型场效应管加入偏置电压后的接线图。 图3-2 P 沟道结型场效应管 (a )结构 (b )符号图3-3 N 沟道结型场效应管 的工作原理 图3-4 u G S 对导电沟道的影响 正常工作时,场效应管中的PN 结必须外加反向电压。对于N 沟道场效应管,当u G S <0,栅极电流几乎为0,场效应管呈现高达几十兆欧以上的输入电阻。如果在漏极(D )和源极(S )之间加一正极性电压u D S ,N 沟道中的多数载流子(电子)将在电场作用下从源极向漏极流动,形成漏极电流i D 。i D 的大小受u G S 的控制,当栅源电压u G S 改变时,由于PN 结的反向电压改变,两个PN 结的耗尽层将改变,导致导电沟道的宽度改变,也即沟道电阻的大小随之改变,从而使电流i D 发 生改变。 为了进一步说明u G S 对i D 的控制作用,先假设u D S =0的情况。从图3-4中可以看出,当u G S · 05· 课程编号 实验项目序号 本科学生实验卡和实验报告 信息科学与工程学院 通信工程专业2015级1班 课程名称：电子线路 实验项目： 2017——2018学年第一学期 学号： 201508030107 姓名：毛耀升专业年级班级：通信工程1501班 四合院102实验室组别：无实验日期：2017年12月20日 实验原理： 场效应管放大电路有三种基本组态：共源电路、共漏电路、共栅电路。图3.1所示结型场效应管共源放大电路实验所用的电路，结型场效应管采用理想模型，直流偏置采用分压偏置电路。栅极输入信号，漏极输出信号。源极为输入回路和输出回路的公共端。 图3.1 结型场效应管共源放大电路 实验内容： 1、建立如图3.1所示的结型场效应管共源放大电路。结型场效应管取理想模式。用信 号发生器产生频率为lkHz、幅值为10mV的正弦信号； 2、打开仿真开关，用示波器观察场效应管放大电路的输入波形和输出波形。测量输 出波形的幅值，计算电压放大倍数。建立如图3.2所示的场效应管放大电路的直流通路。打开仿真开关，利用电压表和电流表测量电路静态参数 图3.2 场效应管放大电路的直流通路 --输入正弦信号情况下的场效应管放大电路-- --场效应管放大电路的直流通路-- 电路内必要设置介绍： 有无交流信号输入的场效应管放大电路均使用理想的JFET元件（但是由于不知道理想JFET的特性，我们无法进行理论值计算，在此我们仅对放大电路的结果进行观察）观察波形特点： 在接入正弦信号的场效应管放大电路中，我们观察到，输入输出的峰峰值相差近4倍（输出信号峰峰值为输入信号峰峰值4倍）。 观察数值特点：实验三 场效应管放大电路
第四章场效应管(FET)及基本放大电路
场效应管及其放大电路
实验3 场效应管放大电路