场效应晶体管（FET）
特点：FET具有体积小、耗电少、寿命长、内部噪声小、热稳定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单以及便于集成等特点。FET的分类：
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场效应管
结型 场效应管Junction Field Effect Transistor, JFET
金属-氧化物-半导体场效应管Metal-Oxide-Semiconducor Field Effect Transistor,MOSFET
N沟道JFET
P沟道JFET
耗尽型
N沟道JFET
P沟道JFET
增强型
N沟道JFET
P沟道JFET
G栅极（类似三极管基极）S源极（类似三极管发射极）D漏极（类似三极管集电极）
1、N沟道结型场效应管
1.1、场效应管结构
1.2、场效应管的工作原理
1）、工作条件
当N沟道JFET工作时，需要在栅极和源极之间加一个负电压(u
gs<0)，使栅极与N沟道间的PN结反偏，栅极电流i
g≈0，JFET呈现出高达109Ω的输入电阻。在漏极和源极间加一个正电压(u
ds>0)，则使N沟道中的多数载流子(电子)在电场作用下由源极向漏极运动，形成漏极电流i
d 。
2)、uGS对导电沟道和iD的控制作用
从左往右，|uGS|逐渐加大，当导电沟道完全夹断的时候，|uGS |= uGS(off)
由此可见，改变u
GS的大小可以有效控制导电沟道电阻的大小。但由于u
DS=0 ，故漏极电流i
d=0。
3)、uDS对导电沟道和iD的控制作用
在u
DS＝0， u
GS＝0的情况下，沟道最宽但i
D=0电流为零（路面畅通,随时可以开车）当u
GS固定， u
DS↑沟道变窄成楔形， i
D ↑ ↑（完全不影响发车）u
DS↑， u
DS-u
GS=-U
GS（off），沟道预夹断（道路在这里开始塞车）u
DS↑， u
DS>u
GS－U
GS（off），沟道夹断区延长，i
D不随u
DS的增大而增加（事故塞车了，来再多车，能过的就几部）
1.3、场效应管的特性曲线
1）、输出特性曲线
N沟道结型场效应管的输出特性曲线是指当栅源电压u
GS一定时，FET漏极电流i
D与漏源电压u
DS之间的关系曲线，即
i
D
=
f
(
u
D
S
)
∣
u
G
S
=
常
数
i_D=f(u_{DS})|_{u_{GS}=常数}
iD=f(uDS)∣uGS=常数 按照输出特性可分为四个区可变电阻区 在此区FET可以看作一个受栅源电压u
GS控制的可变电阻，u
GS变化时，导电沟道的宽度也随之变化。 u
GS越负，漏源之间的等效电阻越大，输出特性曲线越倾斜。放大区（恒流区） 在此区导电沟道处于夹断状态，漏极电流i
D基本稳定，称为饱和区或恒流区。FET用作放大器时通常都工作在这个区域，故该区域称为放大区 。击穿区 当u
DS↑增加到 u
DS> u
(BR)DS后，栅漏间的PN结发生雪崩击穿，漏极电流迅速增大，通常不允许FET工作在击穿区。截止区 当u
GS< u
GS(off)时 ，导电沟道完全被夹断。这一点与BJT输出特性曲线的截止区类似。
2）、转移特性曲线
是指在漏源电压u
DS为某一常数时(此处为u
DS=6)，漏极电流i
D与栅源电压u
GS之间的关系曲线，即
i
D
=
f
(
u
G
S
)
∣
u
D
S
=
常
数
i_D=f(u_{GS})|_{u_{DS}=常数}
iD=f(uGS)∣uDS=常数 在N沟道JFET输出特性的恒流区（饱和区），转移特性重合，在U
GS(off) ≤u
GS≤0的范围内，i
D随u
GS的增加(负数减小)近似按平方规律上升，即
i
D
=
I
D
S
S
(
1
−
u
G
S
u
G
S
(
o
f
f
)
)
2
i_D=I_{DSS}(1-\frac {u_{GS}}{u_{GS(off)}})^2
iD=IDSS(1−uGS(off)uGS)2
2、N沟道绝缘栅型场效应管（增强型）
2.1、N沟道增强型MOSFET结构
2.2、N沟道增强型MOSFET工作原理
1）、a. uGS对iD的控制作用
u
GS=0、 u
DS≠0时，无沟道形成，i
D=0u
GS≥U
GS（th）、u
DS=0时，有导电沟道形成，称为反型层，但i
D=0
2）、uDS对iD的影响
当u
GS≥U
GS(th)时，在u
GS和u
DS的共同作用下，导电沟道成楔形，i
D↑当u
DS↑至u
DS= u
GS-U
GS(th)时，导电沟道预夹断，i
D趋向饱和。u
DS↑ ，使u
DS>u
GS-U
GS(th) ，沟道夹断区延长，i
D饱和。
2.2、N沟道增强型MOSFET特性曲线
漏极电流的近似表达式为
i
D
=
I
D
O
(
u
G
S
u
G
S
(
t
h
)
−
1
)
2
u
G
S
>
u
G
S
(
t
h
)
i_D=I_{DO}(\frac {u_{GS}}{u_{GS(th)}} - 1)^2 \\ u_{GS}>u_{GS(th)}
iD=IDO(uGS(th)uGS−1)2uGS>uGS(th) 其中U
GS(th)为N沟道增强型MOSFET的开启电压， I
DO为u
GS=2U
GS(th)时的漏极电流。
3、N沟道绝缘栅型场效应管（耗尽型）
3.1、N沟道耗尽型MOSFET结构
3.2、N沟道耗尽型MOSFET特性曲线
漏极电流可近似表示为
i
D
=
I
D
S
S
(
1
−
u
G
S
u
G
S
(
o
f
f
)
)
2
u
G
S
(
o
f
f
)
≤
u
G
S
≤
0
i_D=I_{DSS}(1-\frac {u_{GS}}{u_{GS(off)}})^2\\ u_{GS(off)}\leq u_{GS} \leq0
iD=IDSS(1−uGS(off)uGS)2uGS(off)≤uGS≤0
六种转移特性曲线
4、FET主要参数
4.1、直流参数
夹断电压U
GS(off)：对于耗尽型FET，使得漏极电流为微小值时的u
GS值。开启电压U
GS(th)：对于增强型MOSFET，使得漏极电流为一微小值时的u
GS值。饱和电流I
DSS：对于耗尽型FET， u
GS=0时的漏极电流i
D的值。直流输入电阻R
GS：在漏源之间短路时，栅源之间电压与电流的比值。通常JFET的R
GS在10
7Ω以上，而 MOSFET的R
GS可达10
9~10
15Ω。
4.2、交流参数
低频跨导(互导)g
m： 当uDS为定值时，FET的漏极电流iD的变化量与栅源电压uGS的变化量的比值。即：
g
m
=
∂
i
D
∂
u
G
S
∣
u
D
S
g_m= \left. \frac{\partial i_D}{\partial u_{GS}} \right|_ {u_DS}
gm=∂uGS∂iD∣∣∣∣uDS
输出电阻r
ds：
g
m
=
∂
i
D
∂
u
G
S
∣
u
D
S
g_m= \left. \frac{\partial i_D}{\partial u_{GS}} \right|_ {u_DS}
gm=∂uGS∂iD∣∣∣∣uDS极间电容
4.3、极限参数
最大漏极电流I
DM：表示当FET正常工作时所允许的最大漏极电流。当i
D>i
DM时FET的性能变差。最大耗散功率P
DM：是由FET最高工作温度确定的参数，P
DM=u
DSi
D。当FET的P
D>P
DM时，管子的性能变差，甚至被烧坏.击穿电压：FET的击穿电压包括U
(BR)DS和U
(BR)GS 。它们分别表示漏源和栅源之间的击穿电压。
晶体管放大电路基础
1、放大电路的构成
1.1、放大的概念
“放大”是指把微小的、微弱的信号不失真地进行放大。以小能量对大能量的控制作用称为放大作用。
特征：功率的放大本质：能量的控制和转换必要条件：有源元件前提条件：不失真测试信号：正弦波
1.2、怎样构建基本放大电路
目标：小功率信号u
i➡大功率信号u
O条件：①、元件T。②、电源U
CC技术路线：①、晶体管➡放大区。 ②、小信号➡i
B(U
BE) ③、合理的输出放大电路：①、直接耦合 ②、阻容耦合工作原理： ①、u
BE = U
BE (直流分量)+ U
be(交流分量有效值) ②、i
B = I
B+I
b ③、i
C = βi
B= βI
B + βi
b ④、u
CE = U
CC-i
C×R
c（u
cc、r
c不变，u
ce与i
c反相） ⑤、经过电容C
2滤去直流成分，输出反相波形
2.性能指标
2.1、示意图
U
i
=
R
i
R
s
+
R
i
×
U
S
U_i = \frac{R_i}{R_s+R_i}\times U_S
Ui=Rs+RiRi×US Ri越大越好，相对的，Ro越小越好
2.2、放大倍数
1.电压放大倍数：
A
u
=
u
o
u
i
A_u = \frac {u_o}{u_i}
Au=uiuo 2.电流放大倍数：
A
i
=
i
o
i
i
A_i = \frac {i_o}{i_i}
Ai=iiio 1.功率放大倍数：
A
p
=
P
o
P
i
A_p = \frac {P _o}{P_i}
Ap=PiPo
2.3输入电阻Ri及输出电阻Ro
2.4通频带
X
c
=
1
2
π
f
c
X_c = \frac {1}{2\pi fc}
Xc=2πfc1 频率太小，C1容抗大，放大不理想；频率太高，三极管有PN结电容，产生旁路电流，放大也不理想
B
W
0.7
=
f
H
−
f
L
BW_{0.7} = f_H-f_L
BW0.7=fH−fL
2.5、最大不失真输出电压
2.6、最大输出功率与效率
2.7、非线性失真
3.分析方法
3.1、直流通路与交流通路
1）、直流通路
u
i
=
0
u_i=0
ui=0
2）、交流通路
交
流
通
路
（
u
i
≠
0
，
U
C
C
=
0
）
交流通路（u_i≠0，U_{CC}=0）
交流通路（ui=0，UCC=0）
电源置零。（电压源对地短路，电流源短路）电容通路
3.2、图解法
i
B
=
U
C
C
−
U
B
E
R
b
令
i
B
=
0
，
可
得
U
B
E
=
U
C
C
;
令
U
B
E
=
0
，
可
得
i
B
=
U
C
C
R
b
;
可
得
一
条
直
线
，
直
线
与
曲
线
的
交
点
即
静
态
工
作
点
I
B
Q
,
u
B
E
Q
i_B = \frac{U_{CC}-U_{BE}}{R_b} \\ 令i_B = 0，可得U_{BE} = U_{CC}; \\ 令U_{BE} = 0，可得i_B = \frac{U_{CC}}{R_b}; \\ 可得一条直线，直线与曲线的交点即静态工作点I_{BQ},u_{BEQ}
iB=RbUCC−UBE令iB=0，可得UBE=UCC;令UBE=0，可得iB=RbUCC;可得一条直线，直线与曲线的交点即静态工作点IBQ,uBEQ
i
C
=
U
C
C
−
U
C
E
R
C
令
i
C
=
0
，
可
得
U
C
E
=
U
C
C
;
令
U
C
E
=
0
，
可
得
i
B
=
U
C
C
R
b
;
可
得
一
条
直
线
，
直
线
与
上
式
所
得
的
i
B
曲
线
的
交
点
即
静
态
工
作
点
i
C
Q
,
u
C
E
Q
i_C = \frac{U_{CC}-U_{CE}}{R_C} \\ 令i_C = 0，可得U_{CE} = U_{CC}; \\ 令U_{CE} = 0，可得i_B = \frac{U_{CC}}{R_b}; \\ 可得一条直线，直线与上式所得的i_B曲线的交点即静态工作点i_{CQ},u_{CEQ}
iC=RCUCC−UCE令iC=0，可得UCE=UCC;令UCE=0，可得iB=RbUCC;可得一条直线，直线与上式所得的iB曲线的交点即静态工作点iCQ,uCEQ
