5 场效应管放大电路 5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管 5.2 MOSFET放大电路 5.3 结型场效应管（JFET）

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1 5 场效应管放大电路 5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管 5.2 MOSFET放大电路 5.3 结型场效应管（JFET）
*5.4 砷化镓金属-半导体场效应管 5.5 各种放大器件电路性能比较

2 场效应管的分类： N沟道 增强型 P沟道 MOSFET 绝缘栅型 (IGFET) N沟道 FET 场效应管 耗尽型 P沟道 N沟道 JFET
结型 （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

3 5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管 5.1.1 N沟道增强型MOSFET 5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
P沟道MOSFET 沟道长度调制效应 MOSFET的主要参数

4 N沟道增强型MOSFET 1. 结构（N沟道） L ：沟道长度 W ：沟道宽度 tox ：绝缘层厚度 通常 W > L

5 N沟道增强型MOSFET 1. 结构（N沟道） 符号 剖面图

6 5.1.1 N沟道增强型MOSFET 2. 工作原理 （1）vGS对沟道的控制作用 VT 称为开启电压 当vGS≤0时
无导电沟道， d、s间加电压时，也无电流产生。 当0<vGS <VT 时 产生电场，但未形成导电沟道（感生沟道），d、s间加电压后，没有电流产生。 当vGS >VT 时 在电场作用下产生导电沟道，d、s间加电压后，将有电流产生。 vGS越大，导电沟道越厚 VT 称为开启电压

7 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 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

8 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

9 2. 工作原理 （2）vDS对沟道的控制作用 预夹断后，vDS 夹断区延长 沟道电阻 ID基本不变

10 2. 工作原理 （3） vDS和vGS同时作用时 vDS一定，vGS变化时 给定一个vGS ，就有一条不同的 iD – vDS 曲线。

11 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 ① 截止区 当vGS＜VT时，导电沟道尚未形成，iD＝0，为截止工作状态。

12 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 ② 可变电阻区 vDS≤（vGS－VT） 由于vDS较小，可近似为 rdso是一个受vGS控制的可变电阻

13 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 ② 可变电阻区 其中 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 本征电导因子 Kn为电导常数，单位：mA/V2

14 vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT）
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 （恒流区又称放大区） vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT） V-I 特性： 是vGS＝2VT时的iD

15 3. V-I 特性曲线及大信号特性方程 （2）转移特性

16 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

17 N沟道耗尽型MOSFET 2. V-I 特性曲线及大信号特性方程 （N沟道增强型）

18 P沟道MOSFET

19 沟道长度调制效应 实际上饱和区的曲线并不是平坦的 修正后 L的单位为m 当不考虑沟道调制效应时，＝0，曲线是平坦的。

20 5.1.5 MOSFET的主要参数 一、直流参数 1. 开启电压VT （增强型参数） 2. 夹断电压VP （耗尽型参数）
3. 饱和漏电流IDSS （耗尽型参数） 4. 直流输入电阻RGS （109Ω～1015Ω ） 二、交流参数 1. 输出电阻rds NMOS增强型 当不考虑沟道调制效应时，＝0，rds→∞

21 MOSFET的主要参数 二、交流参数 2. 低频互导gm 考虑到 则 其中

22 5.1.5 MOSFET的主要参数 三、极限参数 1. 最大漏极电流IDM 2. 最大耗散功率PDM 3. 最大漏源电压V（BR）DS
4. 最大栅源电压V（BR）GS end

23 5.2 MOSFET放大电路 MOSFET放大电路 1. 直流偏置及静态工作点的计算 2. 图解分析 3. 小信号模型分析

24 MOSFET放大电路 1. 直流偏置及静态工作点的计算 （1）简单的共源极放大电路（N沟道） 共源极放大电路 直流通路

25 5.2.1 MOSFET放大电路 1. 直流偏置及静态工作点的计算 （1）简单的共源极放大电路（N沟道）
须满足VGS > VT ，否则工作在截止区 假设工作在饱和区，即 再假设工作在可变电阻区 即 验证是否满足 如果不满足，则说明假设错误

26 例： 设Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k， VDD=5V， VT=1V， 试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源电压VDSQ 。 解： 假设工作在饱和区 满足 假设成立，结果即为所求。

27 MOSFET放大电路 1. 直流偏置及静态工作点的计算 （2）带源极电阻的NMOS共源极放大电路 饱和区 需要验证是否满足

28 5.2.1 MOSFET放大电路 1. 直流偏置及静态工作点的计算 静态时，vI＝0，VG ＝0，ID ＝I （饱和区）
VS ＝ VG － VGS 电流源偏置

29 MOSFET放大电路 2. 图解分析 由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同

30 5.2.1 MOSFET放大电路 3. 小信号模型分析 （1）模型 非线性失真项 静态值 （直流） 动态值 （交流）
当，vgs<< 2(VGSQ- VT )时，

31 MOSFET放大电路 0时 3. 小信号模型分析 （1）模型 高频小信号模型

32 3. 小信号模型分析 （2）放大电路分析（例5.2.5） 解：例5.2.2的直流分析已求得： s

33 3. 小信号模型分析 （2）放大电路分析（例5.2.5） s

34 3. 小信号模型分析 共漏 （2）放大电路分析（例5.2.6）

35 3. 小信号模型分析 （2）放大电路分析 end

36 5.3 结型场效应管 5.3.1 JFET的结构和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲线及参数
5.3 结型场效应管 5.3.1 JFET的结构和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲线及参数 5.3.3 JFET放大电路的小信号模型分析法

37 JFET的结构和工作原理 1. 结构 # 符号中的箭头方向表示什么？

38 2. 工作原理 ① vGS对沟道的控制作用 当vGS＜0时 PN结反偏  耗尽层加厚  沟道变窄。 vGS继续减小，沟道继续变窄。
（以N沟道JFET为例） ① vGS对沟道的控制作用 当vGS＜0时 PN结反偏  耗尽层加厚  沟道变窄。 vGS继续减小，沟道继续变窄。 当沟道夹断时，对应的栅源电压vGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 对于N沟道的JFET，VP <0。

39 2. 工作原理 ② vDS对沟道的控制作用 当vGS=0时， vDS  ID 
（以N沟道JFET为例） ② vDS对沟道的控制作用 当vGS=0时， vDS  ID  G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。 当vDS增加到使vGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。 此时vDS   夹断区延长  沟道电阻  ID基本不变

40 2. 工作原理 ③ vGS和vDS同时作用时 当VP <vGS<0 时，导电沟道更容易夹断，
（以N沟道JFET为例） ③ vGS和vDS同时作用时 当VP <vGS<0 时，导电沟道更容易夹断， 对于同样的vDS ， ID的值比vGS=0时的值要小。 在预夹断处 vGD=vGS-vDS =VP

41 综上分析可知 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。
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。 JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。 JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制。 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。 # 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？

42 JFET的特性曲线及参数 1. 输出特性 2. 转移特性

43 JFET的特性曲线及参数 3. 主要参数 与MOSFET类似

44 FET放大电路的小信号模型分析法 1. FET小信号模型 （1）低频模型

45 （2）高频模型

46 2. 动态指标分析 （1）中频小信号模型

47 2. 动态指标分析 （2）中频电压增益 忽略 rds， 由输入输出回路得 则 （3）输入电阻 通常 则 （4）输出电阻 end

48 *5.4 砷化镓金属-半导体场效应管 本节不做教学要求，有兴趣者自学

49 5.5 各种放大器件电路性能比较

50 5.5 各种放大器件电路性能比较 组态对应关系： BJT FET CE CS CC CD 电压增益： CB CG BJT FET CS：
5.5 各种放大器件电路性能比较 组态对应关系： BJT FET CE CS CC CD 电压增益： CB CG BJT FET CS： CE： CD： CC： CB： CG：

51 5.5 各种放大器件电路性能比较 输入电阻： BJT FET CE： CS： CC： CD： CB： CG： 输出电阻： CE： CS：
5.5 各种放大器件电路性能比较 输入电阻： BJT FET CE： CS： CC： CD： CB： CG： 输出电阻： CE： CS： CC： CD： CB： CG：

52 例题 放大电路如图所示。已知 试求电路的中频增益、输入电阻和输出电。 解： 画中频小信号等效电路

53 例题 根据电路有 则电压增益为 则 由于 end