第四章场效应管放大电路

1、第四章场效应管放大电路第五章第五章 场效应管放大电路场效应管放大电路 第四章场效应管放大电路 引言：引言： 1.场效应管场效应管(FET)的特点的特点场效应管场效应管【FETField Effect Transistor】 (1) 它是利用改变外加电压产生的电场强度来控制它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单极型其导电能力的半导体单极型(一种载流子导电一种载流子导电)器件器件; (2) 它具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电它具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点少、寿命长等优点; (3) 还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力还具有输入电阻高、热稳定

2、性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点; (4) 在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。应用。 第四章场效应管放大电路双极型三极管场效应管BJTFET电流控制的元件电流控制的元件(iBiC)电压控制的元件电压控制的元件(vGSiD)两种载流子（电子和空两种载流子（电子和空穴）同时参与导电穴）同时参与导电故称双极型三极管故称双极型三极管只有一种载流子（多子电只有一种载流子（多子电子）参与导电子）参与导电故也称故也称单极型三极管单极型三极管BJT、FET两种形式三极管的对照：两种形式三极管的对

3、照：第四章场效应管放大电路2.场效应管的分类场效应管的分类 根据结构和工作原理的不同，场效应管可分为根据结构和工作原理的不同，场效应管可分为两大类：两大类： (1) 结型场效应管结型场效应管(JFET) (2) 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(IGFET，如，如MOS-FET)。 3.本章内容本章内容 (1) 结型场效应管的结构、工作原理、特性曲线结型场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数；和主要参数； (2) 绝缘栅型场效应管的结构、工作原理、特性绝缘栅型场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数；曲线和主要参数； (3) 场效应管放大电路场效应管放大电路。 第四章场效应管放大电路

4、5.1 5.1 金属金属- -氧化物氧化物- -半导体场效应管半导体场效应管 本节介绍的金属本节介绍的金属-氧化物氧化物-半导体场效应管（半导体场效应管（MOSFET）具有非常高的输入电阻，可）具有非常高的输入电阻，可1015欧姆。并欧姆。并具有制造工艺简单、适于集成电路的优点。具有制造工艺简单、适于集成电路的优点。 MOS管也有管也有N沟道和沟道和P沟道之分，而且每一类又沟道之分，而且每一类又分为增强型和耗尽型两种。分为增强型和耗尽型两种。 增强型增强型MOS管在管在vGS=0时，没有导电沟道存在。时，没有导电沟道存在。 耗尽型耗尽型MOS管在管在vGS=0时，就有导电沟道存在。时，就有导电

5、沟道存在。 第四章场效应管放大电路-N+NP衬底sgdb源极栅极漏极衬底D(Drain)： 漏极，相当于漏极，相当于c G(Gate)： 栅极，相当于栅极，相当于b S(Source)： 源极，相当于源极，相当于eB(Substrate)：衬底：衬底符号：符号：一一.N沟道增强型沟道增强型MOSFET 结构结构SiO2绝缘层绝缘层铝电极铝电极半导体半导体第四章场效应管放大电路 工作原理工作原理 栅源电压栅源电压vGS的控制作用的控制作用 当当vGS=0V时：时：-P衬底sgN+bdVDD二氧化硅+NN+PN+sdB任意极性sdBiD=0VDS第四章场效应管放大电路当当vGS0V0V时时认为金属

6、极板（铝）与认为金属极板（铝）与P型衬型衬底间构成一个平板电容底间构成一个平板电容 现假设现假设vDS=0V，在，在s、g间加一电压间加一电压vGS0V+-形成由栅极指向形成由栅极指向P型型衬底的纵向电场衬底的纵向电场将靠近栅极下方的空将靠近栅极下方的空穴向下排斥穴向下排斥形成耗尽层。形成耗尽层。第四章场效应管放大电路 现假设现假设vDS=0V，在，在s、g间加一电压间加一电压vGS0V当当vGS增大时增大时耗尽层增宽，并且该大电场会耗尽层增宽，并且该大电场会把衬底的自由电子吸引到把衬底的自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形耗尽层与绝缘层之间，形成一成一N型薄层，构成漏型薄层，构成漏-源源之间

7、的导电沟道，称为之间的导电沟道，称为反反型层（也称感生沟道）型层（也称感生沟道）。vGS反型层越厚反型层越厚沟道电阻沟道电阻两个两个N+区被感生沟道连在一起区被感生沟道连在一起 vDS=0 iD0第四章场效应管放大电路刚刚产生沟道所需的栅源电压刚刚产生沟道所需的栅源电压vGS，用，用VT表示表示 。vGS越大，反型层越宽，导电沟道电阻越小。越大，反型层越宽，导电沟道电阻越小。N沟道增强型沟道增强型MOS管的基本特性：管的基本特性： vGS VT，管子截止，管子截止， vGS VT，管子导通。，管子导通。 vGS 越大，沟道越宽，在漏源电压越大，沟道越宽，在漏源电压vDS0时，时，漏极电流漏极电

8、流ID始终为始终为0。关于关于“开启电压开启电压”的定义的定义第四章场效应管放大电路 漏源电压漏源电压vDS对漏极电流对漏极电流id的控制作用的控制作用-s二氧化硅P衬底gDDV+Nd+bNVGGid假设假设vGSVT且为一固定值时，并在漏源之间且为一固定值时，并在漏源之间加上正电压加上正电压vDS:(a) vDS=0时，时，iD=0VDSVGS第四章场效应管放大电路 漏源电压漏源电压vDS对漏极电流对漏极电流id的控制作用的控制作用假设假设vGSVT且固定时，在漏源间加正电压且固定时，在漏源间加正电压vDS:vDSid；同时沟；同时沟道靠漏区变窄。道靠漏区变窄。-二氧化硅NisdNVb+DD

9、dVP衬底GGg(b) 外加外加vDS较小时较小时vDSVTVDSVGS第四章场效应管放大电路 漏源电压漏源电压vDS对漏极电流对漏极电流id的控制作用的控制作用（c）当）当vDS增加到使增加到使vGD=VT时，沟道靠漏区夹时，沟道靠漏区夹断，称为预夹断。断，称为预夹断。-GGbVd二氧化硅siNgDD+dP衬底VN+VDSVGS第四章场效应管放大电路 漏源电压漏源电压vDS对漏极电流对漏极电流id的控制作用的控制作用（d）vDS再增加，预夹断区加长，再增加，预夹断区加长， vDS增加的部分基本增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，降落在随之加长的夹断沟道上，id基本不变。基本不变。-P衬

10、底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVgVDSVGS第四章场效应管放大电路总结总结N沟道增强型沟道增强型MOSFET的工作状态：的工作状态： s N+ N+ P （衬衬底底） g d B N+ N+ P （衬衬底底） B g vDS vGS s d g vDS vGS s N+ N+ P （衬衬底底） d B g vDS vGS s N+ N+ P （衬衬底底） d B g vDS vGS s N+ N+ P （衬衬底底） d B 第四章场效应管放大电路工作原理：工作原理： iD 受控于受控于uGS : uGS 则则 iD ， iD 受受uDS影响影响 : uDS 则则 iD 先增随后近似不

11、变先增随后近似不变 预夹断前预夹断前uDS 则则iD 以预夹断状态为分界线以预夹断状态为分界线 预夹断后预夹断后uDS 则则iD不变不变第四章场效应管放大电路 转移特性转移特性 const.GSDDS)( vvficonst.DSDGS)( vvfi 输出特性输出特性 VT夹断区2VT N N沟道增强型沟道增强型MOS-FETMOS-FET的特性曲线的特性曲线时时当当TGSTGSDOD VvVvIi21ID0为当为当vGS=2VT时的时的iD值值TGSDSTGSVvvVV,TGSDSTGSVvvVV,第四章场效应管放大电路截止区截止区: vGSvT 无导电沟道无导电沟道,iD=0,管子处于截止

12、区管子处于截止区.可变电阻区可变电阻区: vDSvT ， vGD=vGS-vDS0，VPVGSVG；对N沟道增强型管，VGS0，所以IDRSVG。212GGGDDGRRRVV)(SDDDDDSRRIUV第四章场效应管放大电路第四章场效应管放大电路第四章场效应管放大电路/LDDSRi交流负载线交流负载线:方法与方法与BJT管子的相同管子的相同。直流负载线直流负载线:dDDDDSRiV图解分析图解分析交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线类比：类比：P125第四章场效应管放大电路rbeebc(a)Ube.Ic.Ib.IbUce.SG(b)UGS.UDS.DID.gmUGS. 图 场效应管与晶体三

13、极管等效电路对照图 (a)三极管等效电路； (b)场效应管等效电路 5.2.2场效应管放大电路的等效电路场效应管放大电路的等效电路 场效应管与晶体三极管等效电路对照图如下图所示，由于场效应管输入电阻rgs很大，故输入端可看成开路。第四章场效应管放大电路(a)RDUi.Uo.RLGIi.RG3RG1RG2UGSUGS.gmD.S图 场效应管小信号交流等效电路（接有CS时的等效电路） 2. 动态分析动态分析 场效应管放大电路的动态分析可采用图解法和微变等场效应管放大电路的动态分析可采用图解法和微变等效电路分析法，其分析方法和步骤与晶体管放大电路相同。效电路分析法，其分析方法和步骤与晶体管放大电路相

14、同。下面用微变等效电路来进行分析。下面用微变等效电路来进行分析。 1）接有电容）接有电容CS的情况的情况第四章场效应管放大电路图图 场效应管等效电路（场效应管等效电路（CS开路时的等效电路）开路时的等效电路） (b)RDUi.Uo.RLGRG3RG2RG1UGSDUGS.gmRSS.第四章场效应管放大电路DoGSmGSGGGGiiiLmiouGSiLDLLGSmoRRUgURRRRIURRgUUAUURRRRUgU开路）(00)/(/3213由图可知 电压放大倍数电压放大倍数 输入电阻输入电阻 输出电阻，当 0iU时， 则恒流 所以，输出电阻输出电阻第四章场效应管放大电路 2）电容CS开路情况

15、 其等效电路如图(b)所示。 由图可知DoGGGGiiiSmLmiouSmGSSGSmGSiLGSmoRrRRRRIUrRgRgUUARgURUgUURUgU3213)/(1)1 (电压放大倍数电压放大倍数: 输入电阻输入电阻:输出电阻输出电阻: 第四章场效应管放大电路第四章场效应管放大电路第四章场效应管放大电路第四章场效应管放大电路第四章场效应管放大电路第四章场效应管放大电路5.3 结型场效应管结型场效应管(JFET)返回一一. .结构结构N N沟道结型场效应管沟道结型场效应管符号：符号：栅极栅极【Gate】漏极漏极 【Drain】源极源极 【Source】NP+P+【参见教材P225图5.

16、3.1】第四章场效应管放大电路P P沟道结型场效应管沟道结型场效应管符号：符号：箭头：PNPN栅极栅极【Gate】漏极漏极 【Drain】源极源极 【Source】PN+N+【参见教材P226图5.3.2】第四章场效应管放大电路二二. 工作原理工作原理(以以N沟道沟道JFET为例为例)栅极栅极漏极漏极源极源极NP+P+- -+ +耗尽层耗尽层第四章场效应管放大电路P+区N区-+形成形成PN结的结的P+区内侧与区内侧与N区内侧比较：区内侧比较：两侧正负离子数目应相等，耗尽层可见P+区内侧耗尽层非常窄，故分析时各教材往往都不画出这部分PN结。第四章场效应管放大电路当当N N沟道沟道JFETJFET

17、工作时，需：工作时，需：vGSvDS+-dgs在栅极和源极在栅极和源极间加一个负电压间加一个负电压( (vGS0) )。使。使N N沟沟道中电子在电场道中电子在电场作用下由源极向作用下由源极向漏极运动，形成漏极运动，形成电流电流iD。iD的大小受的大小受vGS控制控制iD第四章场效应管放大电路栅源电压栅源电压vGS对电流对电流iD的控制作用的控制作用分析工作原理：分析工作原理：实际上就是分析实际上就是分析vGS对对iD的控制作用和的控制作用和vDS对对iD的的影响。影响。这里要讨论的关系是：这里要讨论的关系是：常常数数DSvGSDvfi第四章场效应管放大电路在栅源间加负电压在栅源间加负电压vG

18、S，为便于讨论，先令，为便于讨论，先令vDS =0当当vGS=0时，时，PN结为平结为平衡状态，导电沟道最宽衡状态，导电沟道最宽。Ngds+pVGG+p第四章场效应管放大电路在栅源间加负电压在栅源间加负电压vGS，为便于讨论，先令，为便于讨论，先令vDS =0当当vGS=0时，时，PN结为平结为平衡状态，导电沟道最宽衡状态，导电沟道最宽。当当-vGS时，时，PN结结反偏，耗尽层变宽，导反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻电沟道变窄，沟道电阻增大。增大。psd+gGGNV+p第四章场效应管放大电路NGGg+sdpVp+对于N沟道JFET，VP00在栅源间加负电压在栅源间加负电压vGS，为便于

19、讨论，先令，为便于讨论，先令vDS =0当当vGS=0时，为平衡时，为平衡PN结，结，导电沟道最宽。导电沟道最宽。当当-vGS时，时，PN结反偏结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。窄，沟道电阻增大。当当-vGS到一定值时，沟到一定值时，沟道的耗尽层会完全合拢。道的耗尽层会完全合拢。夹断电压夹断电压V VP P 使导电沟道使导电沟道的耗尽层完全合拢（消失）的耗尽层完全合拢（消失）所需要的栅源电压所需要的栅源电压vGS。 注意第四章场效应管放大电路可以归纳，可以归纳，vDS0时时vGS对导电沟道的控制作用：对导电沟道的控制作用：(a) vGS=0(b) vGS0

20、(c) vGS=VP此时，此时，vGS变化，虽然导电沟道宽度随之变化，变化，虽然导电沟道宽度随之变化，但漏极电流但漏极电流iD总是等于总是等于0 0。若若vDS为一固定正值，则为一固定正值，则 iD 将受将受vGS的控制，的控制， vGS 时，沟道电阻时，沟道电阻， iD。vDS第四章场效应管放大电路vDS对对iD的影响的影响这里要讨论的关系是：这里要讨论的关系是：常常数数GSvDSDvfi 第四章场效应管放大电路在漏源间加电压在漏源间加电压vDS ，为便于讨论，先令，为便于讨论，先令vGS =0由于由于vGS=0，所以导电沟道最宽。，所以导电沟道最宽。Ngds+p+pdiVDD 当当vDS=

21、0时，时， iD=0。第四章场效应管放大电路在漏源间加电压在漏源间加电压vDS ，为便于讨论，先令，为便于讨论，先令vGS =0由于由于vGS=0，所以导电沟道最宽。，所以导电沟道最宽。 当当vDS=0时，时， iD=0。dsNgdi+pp+VDDvDSiD 靠近漏极处电位差增靠近漏极处电位差增加，耗尽层加宽，沟道加，耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。变窄，呈楔形分布。第四章场效应管放大电路在漏源间加电压在漏源间加电压vDS ，为便于讨论，先令，为便于讨论，先令vGS =0由于由于vGS=0，所以导电沟道最宽。，所以导电沟道最宽。 当当vDS=0时，时，iD=0。vDSiD 靠近漏极处的耗尽层

22、加宽，靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布沟道变窄，呈楔形分布当当vDS，使，使vGD=vGS- vDS =-vDS= VP时，在靠漏极时，在靠漏极A点点处夹断处夹断预夹断。预夹断。NgsdidDDVp+p+A此时此时iD达到了饱和漏电流达到了饱和漏电流IDSS表示栅源极间短路当当vGS为一固定常数时，为一固定常数时， VP=vGD=vGS- vDS第四章场效应管放大电路sidgVdDDp+p+在漏源间加电压在漏源间加电压vDS ，为便于讨论，先令，为便于讨论，先令vGS =0由于由于vGS=0，所以导电沟道最宽。，所以导电沟道最宽。 当当vDS=0时，时， iD=0。vDSiD 靠近

23、漏极处的耗尽层加宽，靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布沟道变窄，呈楔形分布当当vDS，使，使vGD=vGS- vDS=- vDS =VP时，在靠漏极时，在靠漏极A点处夹断点处夹断 预夹断。预夹断。vDS再再，预夹断点移向，预夹断点移向S极。极。预夹断前，预夹断前， vDSiD预夹断后，预夹断后， vDSiD几乎不变几乎不变第四章场效应管放大电路JFET工作原理总结工作原理总结 ID受输入电压受输入电压vGS的控制，其的控制，其iG00，输入电，输入电阻很大；阻很大； 其导电特性是由多子决定的，故其热噪声很其导电特性是由多子决定的，故其热噪声很小，受环境温度影响很小小，受环境温度影响很

24、小； ID受漏源电压受漏源电压vDS的影响的影响 vDS很小时很小时(即预夹断前即预夹断前)，ID与与vDS成正比，呈纯阻性成正比，呈纯阻性 预夹断时，当预夹断时，当vDS到到一定程度，一定程度，ID=IDSS(最大饱和电流最大饱和电流) vDS继续增加继续增加，ID不变不变 vDS再增加再增加，当，当vDSV(BR)DS时击穿，时击穿， ID。因为一方面。因为一方面D极吸引电子能极吸引电子能力增强，另一方面夹段区加长，电阻增加。力增强，另一方面夹段区加长，电阻增加。第四章场效应管放大电路(a) vGS=0, vDS=0时时iD=0(b) vGS=0, vDSVP时时图示：改变vDS时JFET

25、导电沟道的变化第四章场效应管放大电路综上分析可知：综上分析可知：（a） JFET沟道中只有一种类型的多数载流子参与沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管导电，所以场效应管也称为单极型三极管；（b） JFET 栅极与沟道间的栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，结是反向偏置的，因此因此输入电阻很高；输入电阻很高；（c） JFET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，iD受受vGS控制；控制；（d）预夹断前预夹断前iD与与vDS呈近似线性关系；预夹断后呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。趋于饱和。第四章场效应管放大电路sgVdDDdiGGVp+p+u=-3VDSG

26、SuGS=-1VuuuGS(mA)=-2VDiGS=0VuGS=0VuGS=-1V三三.JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 输出特性曲线：常常数数GSvDSDvfi第四章场效应管放大电路恒流区的特点：恒流区的特点：iD / /vGS= =gm常数常数 即：即：iD = =gmvGS （放大原理）（放大原理） 可变电阻区可变电阻区（预夹断前）（预夹断前） 恒流区或饱和区恒流区或饱和区（预夹断后），也称（预夹断后），也称线性放大区线性放大区 夹断区（截止区）夹断区（截止区） 击穿区击穿区u=-3VDSGSuGS=-1VuuuGS(mA)=-2VDiGS=0V可变电阻区vDSVP截止区击穿区分

27、四个区：分四个区：第四章场效应管放大电路转移特性曲线：常常数数DSvGSDvfi可根据输出特性曲线作出转移特性曲线。可根据输出特性曲线作出转移特性曲线。例：作例：作uDS=10V=10V的一条转移特性曲线的一条转移特性曲线uuGS=0Vu0u(mA)1u=-3VD-3-1310VDS2(mA)GS(V)21-44iu=-1VD-2GSGSGS4i(V)3=-2VAABBCCDD 由此图可以看出，当由此图可以看出，当v vDS一定值（图中为一定值（图中为v vDS5V5V）后，不同）后，不同v vDS下下的转移特性曲线几乎重合，这是因为在饱和区内的转移特性曲线几乎重合，这是因为在饱和区内i iD

28、几乎不随几乎不随v vDS而变。而变。第四章场效应管放大电路通过实验可以得到通过实验可以得到iD的经验公式：的经验公式：VP时时当当012GSPPGSDSSDvVVvIi 只要给出只要给出IDSS和和VP就就可以把转移特性中的其他可以把转移特性中的其他点近似计算出来。点近似计算出来。式 中式 中 I ID S S为为 v vG S= 0= 0 ，v vDS0 0 时的漏极电流，时的漏极电流，称为饱和漏极电流。称为饱和漏极电流。 第四章场效应管放大电路5.3.6沟道长度调制效应：沟道长度调制效应：P230DS2PGSDOD11vVvIi第四章场效应管放大电路场效应管的主要参数【翻看教材翻看教材P

29、162P162】（1 1）夹断电压）夹断电压VP（2 2）饱和漏电流）饱和漏电流IDSS（3 3）低频互导（跨导）低频互导（跨导）gm其余请同学们自己看！第四章场效应管放大电路5.3.3 5.3.3 场效应管放大电路场效应管放大电路 由场效应管组成放大电路时，也要建立合适的由场效应管组成放大电路时，也要建立合适的静态工作点静态工作点Q，而且场效应管是电压控制器件，因，而且场效应管是电压控制器件，因此需要有合适的栅此需要有合适的栅-源偏置电压。源偏置电压。 常用的直流偏置电路有两种形式：常用的直流偏置电路有两种形式： 自偏压电路；自偏压电路； 分压式自偏压电路。分压式自偏压电路。 第四章场效应管

30、放大电路(a) N沟道沟道JFET的自偏压电路。的自偏压电路。 (b) N沟道沟道JFET的分压式自偏的分压式自偏压电路。压电路。直流偏置电路直流偏置电路第四章场效应管放大电路N沟道沟道JFET放大器的放大器的自偏压电路如图自偏压电路如图1(a)所示所示。其中场效应管的栅极通。其中场效应管的栅极通过电阻过电阻Rg接地，源极通过接地，源极通过电阻电阻R接地。接地。 图图1(b)是是N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS-FET放大器的放大器的自偏自偏压电路。压电路。栅极通过电阻栅极通过电阻Rg接地，源极直接接地。接地，源极直接接地。图图1 FET1 FET放大器的自偏压电路放大器的自偏压电路 1. 自偏压

31、电路自偏压电路1.1 场效应管放大器的自偏压电路场效应管放大器的自偏压电路第四章场效应管放大电路1.2 工作原理工作原理 图图1(a)的偏置方式靠的偏置方式靠d极电流极电流ID在在S极电阻极电阻R上产生的电上产生的电压为压为G-S极间提供一个偏置电压极间提供一个偏置电压VGS，故称为自偏压电路。，故称为自偏压电路。 静态时，源极电位静态时，源极电位VS=IDR。由于栅极电流为零，。由于栅极电流为零，Rg上没上没有电压降，栅极电位有电压降，栅极电位VG=0，所以栅源偏置电压：，所以栅源偏置电压： VGS=VGVS= IDR 耗尽型耗尽型MOS管也可采用这种形式的偏置电路。图管也可采用这种形式的偏

32、置电路。图1(b)所所示电路是示电路是耗尽型耗尽型MOS管管自偏压电路的特例，其中自偏压电路的特例，其中VGS=0。显。显然，这种偏置电路只适用于耗尽型然，这种偏置电路只适用于耗尽型MOS管，因为在栅源电管，因为在栅源电压大于零、等于零和小于零的一定范围内，耗尽型压大于零、等于零和小于零的一定范围内，耗尽型MOS管管均能正常工作。均能正常工作。 增强型增强型MOSMOS管只有在栅管只有在栅- -源电压达到其开启电压源电压达到其开启电压V VT时，才时，才有漏极电流有漏极电流I ID产生。因此图产生。因此图1(a)1(a)所示的自偏压电路不适用所示的自偏压电路不适用于增强型于增强型MOSMOS管

33、。管。 第四章场效应管放大电路2分压式偏置电路分压式偏置电路2.1电路电路 分压式偏置电路是在自偏压电路的基础上加接分压式偏置电路是在自偏压电路的基础上加接分压电阻后构成的，如图分压电阻后构成的，如图2 2所示。所示。 图图2 2 分压式偏置电路分压式偏置电路第四章场效应管放大电路1.2 工作原理工作原理 静态时，由于栅极电流为零，静态时，由于栅极电流为零，Rg3上没上没有电压降，所以栅极电位由有电压降，所以栅极电位由Rg2与与Rg1对电对电源源VDD分压得到，即源极电位分压得到，即源极电位VS=IDR ，DDgggGVRRRV212因此栅源直流偏置电压：因此栅源直流偏置电压： 这种偏置方式同

34、样适用于这种偏置方式同样适用于JFET或耗尽型或耗尽型MOS-FET组成的放大电路。组成的放大电路。RIVRRRVDDDgggGS212栅极电位栅极电位:第四章场效应管放大电路2.场效应管放大电路的静态分析场效应管放大电路的静态分析 2.12.1估算法求静态工作点估算法求静态工作点 对场效应管放大电路的静态分析，可以采用图解对场效应管放大电路的静态分析，可以采用图解法或公式估算法。图解法的步骤与双极型三极管放大法或公式估算法。图解法的步骤与双极型三极管放大电路的图解法相似。这里仅讨论用公式估算法求静态电路的图解法相似。这里仅讨论用公式估算法求静态工作点工作点Q。 工作在饱和区时，工作在饱和区时

35、，JFETJFET和耗尽型和耗尽型MOS-FETMOS-FET的漏极的漏极电流：电流： JFET的的漏极电流漏极电流：第四章场效应管放大电路求静态工作点时，对于图求静态工作点时，对于图1(a)1(a)所示所示的自偏压电路，可求解方程组，的自偏压电路，可求解方程组，得得到到ID和和VGS：增强型增强型MOSMOS管，漏极电流：管，漏极电流： 管压降：管压降： 第四章场效应管放大电路对于分压式自偏压电路，可求解方程组对于分压式自偏压电路，可求解方程组得到得到ID和和VGS：管压降：管压降： V VDS=V=VDDIID( R( Rd + R ) + R ) 第四章场效应管放大电路3. FET的小型

36、号模型的小型号模型 3.1FET端口的伏端口的伏安关系安关系 场效应管也是非线性器件，在输入信号电压很小的条场效应管也是非线性器件，在输入信号电压很小的条件下，也可将其用小信号模型等效。与建立件下，也可将其用小信号模型等效。与建立BJTBJT小信号模小信号模型相似，将场效应管也看成一个两端口网络，以结型场效型相似，将场效应管也看成一个两端口网络，以结型场效应管为例，栅极与源极之间为输入端口，漏极与源极之间应管为例，栅极与源极之间为输入端口，漏极与源极之间为输出端口，如图为输出端口，如图5.3.7(a)5.3.7(a)所示。所示。 (1)(1)输入端口输入端口 无论是哪种类型的场效应管，均可以认

37、为栅极电流为无论是哪种类型的场效应管，均可以认为栅极电流为零，输入端口视为开路，栅零，输入端口视为开路，栅-源极间只有电压存在。源极间只有电压存在。 (2)输出端口输出端口 在输出端口，漏极电流在输出端口，漏极电流i iD是是V VGS和和V VDS的函数，即的函数，即: : 第四章场效应管放大电路 在低频小信号条件下，场效应管可用图在低频小信号条件下，场效应管可用图5.3.7(a)、(b)所示的模型等效。所示的模型等效。(b)第四章场效应管放大电路),(DSGSDuufiDSDSDGSGSDDduuiduuididsDSGSmDruddugdi 1 1FETFET微变等效电路微变等效电路小信

38、号模型小信号模型 (1)JFET等效电路进行全微分，得进行全微分，得: :即：低频跨导、输出电阻低频跨导、输出电阻第四章场效应管放大电路 结论：由此式可见，场效应管的输出端口可用结论：由此式可见，场效应管的输出端口可用一个电流源一个电流源g gmv vgs和输出电阻和输出电阻r rd的并联网络等效。的并联网络等效。 电流源电流源g gmv vgs是受电压是受电压v vgs控制的，称为压控电流控制的，称为压控电流源，其方向由源，其方向由v vgs的极性决定。的极性决定。 当输入信号为幅值较小的正弦波信号，管子的电当输入信号为幅值较小的正弦波信号，管子的电压、电流只在压、电流只在Q Q点附近变化时

39、，上式中的点附近变化时，上式中的didiD、dvdvGS、didiDS可用电流、电压的交流分量代替，于是得到：可用电流、电压的交流分量代替，于是得到： 第四章场效应管放大电路dsdsgsmdrUUgI对正弦信号输入，有：对正弦信号输入，有：JFETJFET交流小信号等效电路交流小信号等效电路通常通常,r,rDSDS很大很大,R,Rd d，可为开路。有，可为开路。有: :gSmdUgI 第四章场效应管放大电路电压源形式的小信号模型电压源形式的小信号模型 高频小信号等效电路高频小信号等效电路 图图1(c)是场效应管小信号模型的另一种形式是场效应管小信号模型的另一种形式，其输出回路用电压控制的电压源

40、和输出电阻，其输出回路用电压控制的电压源和输出电阻串联的形式表示。串联的形式表示。 当场效应管工作在高频小信号条件下时，其极间电容当场效应管工作在高频小信号条件下时，其极间电容的影响不能忽略，这时场效应管要用如图的影响不能忽略，这时场效应管要用如图1(d)所示的高频所示的高频小信号模型等效。小信号模型等效。第四章场效应管放大电路 与双极型三极管放大电路相对应，场效应管放大与双极型三极管放大电路相对应，场效应管放大电路也有三种基本组态，即共源极、共漏极和共栅极电路也有三种基本组态，即共源极、共漏极和共栅极放大电路（由于共栅连接时，栅极与沟道间的高阻未放大电路（由于共栅连接时，栅极与沟道间的高阻未

41、能发挥作用，故共栅电路很少使用）。能发挥作用，故共栅电路很少使用）。 用场效应管小信号模型分析其放大电路的步骤，用场效应管小信号模型分析其放大电路的步骤，与三极管放大电路的小信号模型分析法的步骤相同。与三极管放大电路的小信号模型分析法的步骤相同。 2.2.共源极放大电路及其小信号模型分析法共源极放大电路及其小信号模型分析法 第四章场效应管放大电路RgRgARVgVRgVRVgVVmdmmVdsgmOmsgsgmsgi1; )1 (电压增益：电压增益：类比类比P134,136第四章场效应管放大电路通常有通常有 , ,于是于是: :ddso/ RrR213213|gggggggsiRRRRRRrR

42、321/3ggggiRRRRR213/gggRRR输入输入/输出电阻：输出电阻：第四章场效应管放大电路 (1) 电压增益电压增益 场效应管输出电阻中的场效应管输出电阻中的rds通常在几百千欧数量级，通常在几百千欧数量级，比电阻比电阻Rd、RL大得多，因此可将大得多，因此可将rds作开路处理。作开路处理。 式中负号表示共源极放大电路的输出电压与输入电式中负号表示共源极放大电路的输出电压与输入电压相位相反，即共源放大电路属于反相电压放大电路。压相位相反，即共源放大电路属于反相电压放大电路。 由上述分析可知，与由上述分析可知，与BJTBJT共射极放大电路类似，共源共射极放大电路类似，共源极极FETF

43、ET放大电路具有一定的电压放大能力，且输出电压与放大电路具有一定的电压放大能力，且输出电压与输入电压反相，故被称为反相电压放大器。输入电压反相，故被称为反相电压放大器。 (2) 输入输入/输出电阻：输出电阻： 共源极放大电路的输入电阻很高，输出电阻主要共源极放大电路的输入电阻很高，输出电阻主要由漏极电阻由漏极电阻Rd决定。适用于作多级放大电路的输入级决定。适用于作多级放大电路的输入级或中间级或中间级 。讨论：第四章场效应管放大电路其他的共源电路其他的共源电路第四章场效应管放大电路)/(LddsimoRRrUgU)/(LddsmiomRRrgUUAu21giii/ RRRIUR21g/ RRR

44、giRR 由图可见通常有 ,于是：ddso/ RrR第四章场效应管放大电路3. 3. 共漏极放大电路共漏极放大电路 共漏极放大电路如图共漏极放大电路如图4.4.4(a)4.4.4(a)所示，其中频小信所示，其中频小信号等效电路如图号等效电路如图1(b)1(b)所示。由于输出电压从源极取出所示。由于输出电压从源极取出，又称其为源极输出器。，又称其为源极输出器。 第四章场效应管放大电路(1)中频电压增益中频电压增益 由图由图1(b)1(b)可知可知 所以所以 由此式可知，共漏极放大电路的中频电压增益由此式可知，共漏极放大电路的中频电压增益 1，输出电压与输入电压相位相同。因此，共漏极放大，输出电压

45、与输入电压相位相同。因此，共漏极放大电路又称为源极电压跟随器。电路又称为源极电压跟随器。LLRRR/第四章场效应管放大电路2输入电阻输入电阻Ri3输出电阻输出电阻Ro 将图将图1(b)1(b)中的信号源短路，保留其内阻中的信号源短路，保留其内阻RsRs，将，将负载电阻负载电阻R RL开路，在输出端加一测试电压开路，在输出端加一测试电压 ，由此可，由此可画出求共漏极放大电路输出电阻画出求共漏极放大电路输出电阻R Ro的电路，如图的电路，如图1(c)1(c)所示。由于栅极电流为所示。由于栅极电流为0 0，于是有：，于是有： 第四章场效应管放大电路 即共漏极电路的输出电阻即共漏极电路的输出电阻Ro等于源极电阻等于源极电阻R 和跨导和跨导的倒数相并联，所以，输出电阻的倒数相并联，所以，输出电阻Ro较小。不过，由于一较小。不过，由于一般情况下般情况下gm较小，因而使共漏电路的输出电阻比共集电较小，因而使共漏电路的输出电阻比共集电路的输出电阻高。路的输出电阻高。 由以上分析可知，与三极管共集电极放大电路类似由以上分析可知，与三极管共集电极放大电路类似，