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(1) [场效应管放大电路]场效应管放大电路
场效应管是利用半导体表面或内部电场效应来控制输出电流（ｉD）大小的一种半导体器件，它输入端基本上不取电流，具有一系列优点。 根据结构的不同，场效应管分为结型场效应管和绝缘栅场效应管两大类。
4.1结型场效应管
结型场效应管有N沟道和P沟道两种。
一、特性曲线
（1）输出特性曲线
从输出特性曲线上很明显的得出：场效应管是电压控制型器件，栅源间电压ｖGS控制漏极电流ｉD。
（2）转移特性曲线
可直接从输出特性曲线上用作图法求出。
二、主要参数
夹断电压、饱和漏极电流、低频跨导、输出电阻、最大耗散功率
4.2绝缘栅型场效应管
由于栅极与源极、漏极之间是相互绝缘的，故称为绝缘栅场效应管。
一、MOS管的分类
根据MOS管所用半导体材料的差异，MOS场效应管分为P沟道和N沟道两大类。由于采用的工艺不同，每种材料做的MOS管又分为增强型和耗尽型两种。
二、MOS管的开关作用
MOS管作为开关元件，它工作在截止或导通状态。由于MOS管是电压控制型器件，所以由ｖGS决定其工作状态。
4.3场效应管放大电路
基本要求
熟练掌握：共源、共漏组态放大电路工作原理；静态工作点；用小信号模型分析增益、输入、输出电阻
难点重点
1．场效应管放大电路与晶体管放大电路类比关系
场效应管和晶体管放大电路工作机理不同，但两种器件之间存在电极对应关系，即栅极G对应基极，源极S对应发射极，漏极D对应集电极，但晶体三极管是电流控制器件，场效应管是电压控制器件。
在分析放大电路时，均采用微变等效电路法。需注意两者不同之处是受控源的控制量。场效应管受电压控制，晶体三极管受电流控制。场效应管输入电阻很高，分析时，可认为输入端开路。在实际分析中，包含场效应管的电路比包含晶体管的电路简单。
2．JFET的工作原理（以N沟道器件为例）
预备知识：PN结正偏，空间电荷区变窄；PN结反偏，空间电荷区变宽。 N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子。
（1）栅源间电压ＶGS对ＩD的控制 （a） （b） （c）
当漏源间短路，栅源间外加负向电压ＶGS时，结型场效应管中的两个PN结均处反偏状态。随着ＶGS负向增大，加在PN结上的反向偏置电压增大，则耗尽层加宽。由于N沟道掺杂浓度较低，故耗尽层主要集中在沟道一侧。耗尽层加宽，使得沟道变窄，沟道电阻增大，如图（b）所示。
当ＶGS负向增大到某一值后，结两侧的耗尽层向内扩展到彼此相遇，沟道被完全夹断，此时漏源间的电阻将趋于无穷大，如图（c）所示。相应于此时的漏源间电压ＶGS称为夹断电压，用ＶGS(off)（或ＶP）表示。
（2）漏源电压ＶDS对沟道的影响
（a） （b） （c） 当ＶGS>Ｖp且为某一定值，如果在漏源间加上正向电压ＶDS，ＶDS将在沟道中产生自漏极指向源极的电场，该电场使得N沟道中的多数载流子电子沿着沟道从源极漂移到漏极形成漏极电流ＩD。
由于导电沟道存在电阻，ＩD流经沟道产生压降，使得沟道中各点的电位不再相等，于是沟道中各点与栅极间的电压不再相等，也就是加在PN结两端的反向偏置电压不再相等，近源端PN结上的反向电压最小，近漏端的反向电压最大，结果使耗尽区从漏极到源极逐渐变窄，导电沟道从等宽到不等宽，呈楔形分布，如图（a）所示。
随着ＶDS的增大，ＩD增大，沟道不等宽的现象变得明显，当ＶDS增大到某一值时，近漏端的两个耗尽区相遇，这种情况称为预夹断，如图（b）所示。
继续增大ＶDS，夹断点将向源极方向延伸，近漏端出现夹断区，如图（c）所示。
由于栅极到夹断点A之间的反向电压ＶGA不变，恒为ＶP，因此夹断点到源极之间的电压也就恒为ＶGS-ＶP，而ＶDS的增加部分将全部加在漏极与夹断点之间的夹断区上，形成较强的电场。在这种情况下，从漏极向夹断点行进的多子自由电子，一旦到达夹断点就会被夹断区的电场漂移到漏极，形成漏极电流。
一般情况下，夹断区仅占沟道长度的很小部分，因此ＶDS的增大而引起夹断点的移动可忽略，夹断点到源极间的沟道长度可以认为近似不变，同时，夹断点到源极间的电压又为一定值，所以可近似认为ＩD是不随ＶDS而变化的恒值。
3．MOSFET的工作原理（以N沟道增强型器件为例）
MOS管是指由金属（Metal）、氧化物（Oxide）、半导体（Semiconductor）三种材料构成的三层器件。
（1）栅源间电压ＶGS对ＩD的控制
当栅源间无外加电压时，由于漏源间不存在导电沟道，所以无论在漏源间加上何种极性的电压，都不会产生漏极电流。
正常工作时，栅源间必须外加电压以使导电沟道产生，导电沟道产生过程如下：
①当在栅源间外加正向电压ＶGS时，外加的正向电压在栅极和衬底之间的ＳiＯ2绝缘层中产生了由栅极指向称底的电场，由于绝缘层很薄（0.1um左右），因此数伏电压就能产生很强的电场。该强电场会使靠近ＳiＯ2一侧P型硅中的多子（空穴）受到排斥而向体内运动，从而在表面留下不能移动的负离子，形成耗尽层。耗尽层与金属栅极构成类似的平板电容器。
②随着正向电压ＶGS的增大，耗尽层也随着加宽，但对于P型半导体中的少子（电子），此时则受到电场力的吸引。当ＶGS增大到某一值时，这些电子被吸引到P型半导体表面，使耗尽层与绝缘层之间形成一个N型薄层，鉴于这个N型薄层是由P型半导体转换而来的，故将它称为反型层。
反型层与漏源间的两个N型区相连，成为漏源间的导电沟道。这时，如果在漏源间加上电压，就会有漏极电流产生。人们将开始形成反型层所需的ＶGS值称为开启电压，用ＶGS(on)（或ＶT）表示。
③显然，栅源电压ＶGS越大，作用于半导体表面的电场越强，被吸引到反型层中的电子愈多，沟道愈厚，相应的沟道电阻就愈小。
（2）漏源电压ＶDS对沟道的影响
ＩD流经沟道产生压降，使得栅极与沟道中各点的电位不再相等，也就是加在“平板电容器”上的电压将沿着沟道产生变化，导电沟道从等宽到不等宽，呈楔形分布。
余下情况的分析与JFET类似。
对照读物：谢嘉奎等编．电子线路（线性部分）．电第四版．北京：高等教育出版社，１９９９ Ｐ１０１－１１２谢嘉奎等编．电子线路（线性部分）．第三版．北京：高等教育出版社，１９８８ Ｐ８７－９５
4．场效应管放大电路
场效应管和半导体三极管一样能实现信号的控制作用，所以也能组成放大电路，不同的是，半导体三极管是通过基极电流来控制集电极电流，而场效应管则是通过栅源电压来控制漏极电流。
场效应管组成放大电路时，也必须设置合适的静态工作点，所不同的是，场效应管是电压控制器件，它只需合适的偏压，而不需要偏流，不同类型的场效应管，对偏置电压的极性有不同的要求。
（1）偏置方式：固定偏压、自偏压、分压式自偏压。
（2）静态分析：图解法、近似计算法。
（3）动态分析：一般用小信号模型法。
例．分析共源放大电路 解：1.静态分析
对于耗尽型场效应管，当工作在饱和区时，其漏极电流和漏源间电压由下式近似决定 又 ＶGS=ＩD．Ｒs将上两式联立，求得ＩD和ＶGS，则ＶGS=ＶDD-ＩD(Ｒd+Ｒs)
2.动态分析
（1）画出微变等效电路（2）电压放大倍数 Ａv=-ｇm(Ｒd//ＲL)，式中符号表示输出电压与输入电压反相。由于一般场效应管的跨导只有几个毫西，故场效应管放大电路的放大倍数通常比三极管放大电路的要小。
（3）输入电阻
Ｒi=Ｒg
（4）输出电阻 Ｒo=Ｒd
由上述分析可知，共源级放大电路的输出电压与输入电压反相，输入电阻高，输出电阻主要由漏极负载电阻决定。
1、试判断如图所示的电路对正弦信号有无放大作用，并简要说明理由。
（答案）
无放大作用，因为增强型场效应管不能采用自偏压电路
2、场效应管从结构上分成_________和_________两大类型，它属于________控制型器件。
（答案）
结型，绝缘栅型，电压
3、判断下列管子各工作在什么状态，并简要说明理由。 （a） （b）
（答案）
（a）图，可变电阻区，因为ＶDS<ＶGS-ＶP；
（b）图，饱和区，因为ＶDS>ＶGS-ＶT
4、两级放大电路如图所示，已知T1管的gm，T2管的rbe、β（1）画出微变等效电路；（2）求放大电路的中频电压放大倍数Av的表达式及Ri、Ro的表达式。
（答案）
（1）略
2）Ａv=ｇm(1+β)(Ｒe//ＲL)/{1+ｇm[ｒbe+(1+β)(Ｒe//ＲL)]}；Ｒi=Ｒg；Ｒo=Ｒe//[(1/ｇm+ｒbe)/(1+β)]
5、电路如图，已知:T1管ｇm=0.8mA/V,T2管ｒbe=1.2kΩ，β=100；C1、C2、C3、Cs交流短路。（1）画出小信号等效电路。（2）求Ri、Ro及Av。
（答案与提示）
Ri=80kΩ，Ro=196Ω，Av=-8.2
共源-共集电路
6、场效应管自举电路如图，已知ＶDD=+20V，Rg=51MΩ,Rg1=200kΩ，Rg2=200kΩ，Rs=22kΩ,ｇm=1mA/V，自举电容C很大，可以认为交流短路。求:（1）无自举电路的输入电阻Ri。（2）有自举电路的输入电阻Ri。（3）说明自举的作用。
（答案与提示）
（1）Ri＝51.1MΩ
（2）Ri=969MΩ
（3）提高电路输入电阻
无C时为基本共漏级电路,有C时为自举式共漏级电路
7、（提高题）图所示电路中，仅当源极电阻R2增大时，放大电路的电压放大倍数|Av|如何变化？
（答案与提示）
变小
频跨导gm为微变量，其值与静态工作点的位置有关
(2) [场效应管放大电路]第2节 场效应管放大电路的识图方法
能 力 目 标重点掌握场效应管放大电路的结构及功能特点，能够正确分析和识读放大电路中各种关键元器件的作用以及信号经过放大电路后的输出状态，并且可以灵活运用到实际电子产品电路中，能够正确分析其功能及作用范围。
5.2.1 场效应管放大电路的基本结构场效应管与晶体管一样，也具有放大作用，但与普通晶体管是电流控制型器件相反，场效应管是电压控制型器件。它具有输入阻抗高、噪声低的特点。场效应管的3个电极，即栅极、源极和漏极分别相当于晶体管的基极、发射极和集电极。图5-21所示是场效应管的3种组态电路，即共源极、共漏极和共栅极放大器。图5-21（a）所示是共源极放大器，它相当于晶体管共发射极放大器，是一种最常用的电路。图5-21（b）所示是共漏极放大器，相当于晶体管共集电极放大器，输入信号从漏极与栅极之间输入，输出信号从源极与漏极之间输出，这种电路又称为源极输出器或源极跟随器。图5-21（c）所示是共栅极放大器，它相当于晶体管共基极放大器，输入信号从栅极与源极之间输入，输出信号从漏极与栅极之间输出，这种放大器的高频特性比较好。
信 息 扩 展绝缘栅型场效应管的输入电阻很高，如果在栅极上感应了电荷，很不容易泄放，极易将PN结击穿而造成损坏。为了避免发生PN结击穿损坏，存放时应将场效应管的3个极短接；不要将它放在静电场很强的地方，必要时可放在屏蔽盒内。焊接时，为了避免电烙铁带有感应电荷，应将电烙铁从电源上拔下。焊进电路板后，不能让栅极悬空。1．场效应管放大电路的偏置方法（1）固定式偏置电路在场效应管放大器中，有时需要外加栅极直流偏置电源，这种方式被称为固定式偏置电路，如图5-22所示。
C1和C2分别是输入端耦合电容和输出端耦合电容。+UCC通过漏极负载电阻R2加到VT的漏极，VT的源极接地。-UCC是栅极专用偏置直流电源，为负极性电源，它通过栅极偏置电阻R1加到VT1的栅极，使栅极电压低于源极电压，这样就建立了VT的正常偏置电压。在电路中，输入信号Ui经C1耦合至场效应管VT的栅极，与原来的栅极负偏压叠加。场效应管受到栅极的作用，其漏极电流I2相应变化，并在负载电阻R2上产生压降，经C2隔离直流后输出，在输出端即得到放大了的信号电压Uo。I2与Ui同相，Uo与Ui反相。这种偏置电路的优点是VT的工作点可以任意选择，不受其他因素的制约，也充分利用了漏极直流电源+UCC，所以可以用于低压供电放大器。其缺点是需要两个直流电源。（2）自给偏压共源极放大电路图5-23所示是典型的自给偏压共源极放大电路。图中C1和C2分别是输入、输出耦合电容，起通交流、隔直流的作用；+UCC为漏极直流电压源，为放大电路提供能源；RD是漏极电阻，它能把漏极电流的变化转变为电压的变化，以便输出信号电压；RS是源极电阻，其作用是产生一个源极到地的电压降，以提供源极偏压，建立静态偏置，同时具有电流负反馈的作用；CS是源极旁路电容，给源极交流信号提供一条通路，以免交流信号在RS上产生负反馈。由于场效应管在漏极电流较大时，具有温度上升、漏极电流就减小的特点，因而热稳定性好，故源极仅需设置自偏压电路就十分稳定了。“自给偏压”指的是由场效应管自身的电流产生偏置电压。N沟道结型场效应管正常工作时，栅极、源极之间需要加一个负偏置电压，这一点与晶体管的发射结需要正偏置电压是相反的。为了使栅极、源极之间获得所需负偏压，设置了自生偏压电阻RS。当源极电流流过RS时，将会在RS两端产生上正下负的电压降US。由于栅极通过RG接地，所以栅极为零电位。这样，RS产生的US就能使栅极、源极之间获得所需的负偏压UGS，这就是自给偏压共源极放大电路的工作原理。（3）分压式自偏压电路图5-24所示为分压式自偏压电路，又称栅极接正电位偏置电路。它是在自给偏压共源极放大电路的基础上，加上分压电阻Rf1和Rf2构成的。
图中，电源+UDD、输入耦合电容C1、输出耦合电容C2、漏极电阻RD、源极电阻RS、源极旁路电容CS的作用均与自给偏压共源极放大电路相同。Rf1和Rf2是分压偏置电阻，Rf1与Rf2的接点通过大电阻RG与场效应管的栅极相连。由于栅极绝缘无电流，所以Rf1与Rf2的分压点A与场效应管的栅极同电位。由于该电路既有“分压偏置”又有“自给偏置”，所以又称为组合偏置电路。这种偏置电路既可用于耗尽型场效应管，也可用于增强型场效应管。2．场效应管放大电路的工作原理（1）源极接地放大器源极接地放大器是场效应管放大器最重要的电路形式，其工作原理如图5-25所示。图中，交流输入电压Ui在1/4周期内处于增大的趋势，因此在这段时间内漏极电流ID增大。ID的增大使负载上的压降增大，UDS就下降；当Ui在2/4周期内时，处于减小状态，UGS增大，ID则减小，而ID的减小使负载上的压降减小，UDS就上升。以此类推，其输入与输出信号的波形如图中所示。Ui和ID的相位相同，与输出信号电压UDS的相位相反。
（2）栅极接地放大器栅极接地放大器适用于高频宽带放大器，其基本连接方式如图5-26所示。（3）漏极接地放大器漏极接地放大器也称为源极跟随器或源极输出器，相当于双极型晶体管的集电极接地电路。图5-27为其基本连接图。源极跟随器最主要的特点是输出阻抗低。
信 息 扩 展 由于场效应管的输入阻抗非常高，也就是输入电流极小，它常用于收音机电路中作为微弱信号的放大器。① 源极接地放大器与射极跟随器（共集电极晶体管放大器）的组合。如图5-28所示，VT1为源极接地场效应管放大器，VT2为共集电极晶体管放大器。若电路中没有设置VT2，而是将数千欧的负载RL直接作为VT1的负载，其电压增益就相当小。通过源极接地放大器与低输出阻抗的射极跟随器进行组合，就可获得较高的电压增益，这是该电路的主要特征。② 源极接地放大器与共发射极放大器的组合。共发射极放大器的输入阻抗在103Ω的范围内，很难由场效应管直接驱动，但是，若通过一级射极跟随器，将其作为图5-25中的负载RL接在共发射极放大器之前，就很容易驱动了，如图5-29所示。该电路在输出级的前面加入了一级射极跟随器，以获得大电流增益，这是典型的低输出阻抗实例。
③ 将源极接地放大器与共基极放大器组合成级联式放大器。图5-30所示是将场效应管的低噪声性与共基极放大器对高频放大的适应性相结合而产生的级联式放大器，常作为宽频带低噪声的前置放大器。
5.2.2 场效应管放大电路的应用实例1．场效应管固定式偏置电路在双管袖珍收音机中的应用图5-31所示是一种双管袖珍收音机电路，它采用两只晶体管，这种电路具有较高的灵敏度。
在该电路中，电池作为直流电源通过负载电阻R1为场效应管的漏极提供偏置电压，使其工作在放大状态。由外接天线接收天空中的各种信号，交流信号通过C1进入LC谐振电路。LC谐振电路是由磁棒线圈和电容组成的，谐振电路选频后，将信号经C4耦合至场效应管VT的栅极，与栅极负偏压叠加后加到场效应管的栅极上，使场效应管的漏极电流ID相应变化，并在负载电阻R1上产生压降，经C5隔离直流后输出，在输出端即得到放大了的信号电压。放大后的信号送入晶体管的基极，由晶体管放大后输出较纯净的音频信号送到耳机中。2．场效应管在FM收音电路中的应用图5-32所示是FM前端电路，它是由高频放大器VT1、混频器VT3和本机振荡器VT2等部分构成的。天线感应的FM调频广播信号经输入变压器L1加到VT1的栅极。VT1为高频放大器的主要器件，它将FM高频信号放大后经变压器L2加到混频电路VT3的栅极。VT2和LC谐振电路构成本机振荡器，振荡信号由振荡变压器的次级送往混频电路VT3的源极。混频信号由VT3的漏极输出，经中频变压器IFT（L4）输出10.7MHz中频信号。
(3) [场效应管放大电路]场效应管VHF高频放大电路
VHF高频放大电路以往都是以双极三极管（Bipolar Transistor）为主流，但是现在大都以FET取代。图1便是其代表性电路，2SK241（东芝）系VHF用的FET（场效应管），功率增益可达28dB（@ 100MHz），是最适于VHF接收器的高频放大级使用的。由于闸极的动作点是零偏压（Zero Bias），所以电路的结构相当简单，电路的全部元件共有六个，配合表1所示之电感及电容就能适用于各种频率的高频放大电路。漏极电流为9mA，在电源电压为6~12v之范围内，漏极电流都保持一定。
