第四章 场效应管(FET)及基本放大电路要点

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vGS、vDS都有关。

·沟道未夹断时，FET的D-S口等效为一个压控电阻（vGS控制电阻的大小），沟道全夹断时，沟道电流iD为零；沟道在靠近漏端局部断时称部分夹断，此时iD主要受控于vGS，而vDS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，vGS与vDS满足预夹断方程：

耗尽型FET的预夹断方程：vDS?vGS?VP（VP——夹断电压） 增强型FET的预夹断方程：vDS?vGS?VT（VT——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vGS与vDS应满足的关系

极 性 N沟道管：正极性(VDS>0) P沟道管：负极性(VDS<0) 结型管： 反极性 增强型MOS管：同极性 耗尽型MOS管：双极型 放大区条件 VDS>VGS－VP(或VT)>0 VDSVP(或VT) P沟道管：VGS

iD?IDSS(1?vGS2)VP（IDSS——零偏饱和漏电流）

耗尽型：

2增强型：iD?k(vGS?VT)*

· FET输出特性曲线反映关系

iD?f(vDS)VGS参变量，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iD?f(vGS)（此时参变量VDS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：

vGS2?) [对于增强型FET,用关系式 id?k(vGS?VT)2]?iD?IDSS(v?VP??v??RiSD?GS

·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：

?平方律关系式?VCCR2?v??RsiDGS?R?R12?

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）。

gm??iD?vGSQ ·小信号模型中的跨导

gm反映信号vgs对信号电流id的控制。gm等于FET转移特性曲线上Q点的斜率。

gm的估算：耗尽管

gm?2IDSSID|VP|

增强管gm?2kID

rds?·小信号模型中的漏极内阻

?vDs?iDQ

rds是FET“沟道长度调效应”的反映，rds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。 ·CS和CD组态从栅极输入信号，其输入电阻Ri由外电路偏置电阻决定，Ri可以很大。 ·CS放大器在其工作点电流和负载电阻与一个CE放大器相同时，因其gm较小，|AV|可能较小，但其功率增益仍可能很大。

·CD组态又称源极输出器，其AV?1。在三种FET组态中，CD组态输入电阻很大，而输出电阻较小，因此带能力较强。

·由于FET的电压电流为平方关系，其非线性程度较BJT的指数关系弱。因此，FET放大器的小信号线性条件对vGS幅度限制会远大于BJT线性放大时对vbe的限制（vbe?5mV）。

2．CS、CD和CG组态小信号指标 由表4-6归纳总结。

表4-6 FET基本组态放大器小结

简 化 交 流 通 路 CS组态 CD组态 CG组态 AV ?gmrds//R?L 大，反相放大器 gmrds//R?L1?gmrds//R?L 小于1，同相放大器 ?gmR?L( 条件：rds??R?L) 大，同相放大器 R?1L?rds?1?gmR?gmLRi? ∞，很大 ∞，很大 ，较小

1gm(条件：rds??R?L??) ?Ro AI 类似 rds ，较大 决定于RG ，AI>>1 CE放大器 rds//11?gmgm，较小 >rds ，最大 AI<1 CB放大器 决定于RG ，AI>>1 CC放大器 §4.2 习题解答

4-1 图P4-1中的FET各工作在什么区？

（a） VP=-3V （b） VP=-5V （c） VP=4V

图P 4-1

（a）这是N-JFET。VGS?VP，?沟道全夹断，FET处于截止区。

VDS ? VGS?VP（b）这是N-JFET。区。

0?VGS?VP，(6V) (1V)，?沟道部分夹断，FET处于放大

VDS ?VGS?VP（c）这是P-JFET。VGS?0，(?8V) (?4V)，?FET偏置在放大区。

4-2 若某P沟道JFET的IDSS=-6mA，VP=4V。画出该管的输出特性曲线；指出电阻区和恒流区以及它们的分界线（即预夹断轨迹）。

[解] 由原方律公式先画转移特性

VViD?IDSS(1?GS)2??6(1?GS)2VP4

图P4-2-1 转移特性曲线

图P4-2-2 输出特性曲线

4-3 一支P沟道耗尽型MOSFET的IDSS=—6mA VP=4V，另一支P沟道增强型MOSFET的VT=-4V.。试分别画出它们的输出特性曲线，标明电阻区和恒流区以及它们的分界线（即预夹断轨迹）。

[解] 曲线分别如图P4-3-1和P4-3-2所示。