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第 4 章 场效应管及其放大电路
4.1 教学要求
本章介绍了各场效应管(FET)的结构、工作原理及场效应管基本放大电路。教学要求如
下：了解场效应管的分类和各种类型场效应管的结构；掌握场效应管的符号；理解场效应
管的工作原理；掌握场效应管的伏安特性及主要参数；理解场效应管放大电路的组成、静
态分析和动态分析。
4.2 基本概念
1．场效应管分类及符号
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大小的一种半导体器件，
输入端基本上不取电流。根据结构的不同，场效应管分为结型场效应管(JFET)和金属氧化
物半导体场效应管(MOSFET)两大类。各种 FET 的符号见图 4.1 所示。
d
s
g
N沟道
d
s
g
P沟道
d
g
s
B
N沟道
d
g
s
B
P沟道
d
s
B
N沟道
d
g
s
B
P沟道
(a)结型场效应管 (b)增强型 MOSFET (c)耗尽型 MOSFET
图 4.1 场效应管符号
JFET
MOSFET
增强型
耗尽型
FET
N 沟道
P 沟道
N 沟道
N 沟道
P 沟道
P 沟道
70
2． FET 的主要参数
1．直流参数：①耗尽型的夹断电压
P
V
。
D
0i =
所对应的
GS
v
值。②耗尽型的漏极饱和电
流
DSS
I
。当管子工作在饱和区时，
GS
0v =
时的漏极电流
D
i
。③增强型开启电压
T
V
。导电沟
道形成时的最小
GS
v
。④增强型的
D0
I
。
GS T
2v V=
时的
D
i
值。
2．交流参数：①低频跨导
m
g
。
D
m Q
GS
g
i
v
¶
=
¶
，跨导等于转移特性曲线上静态工作点 Q
处切线的斜率，它反映 FET 放大能力。②输出电阻
d
r
。反映了
DS
v
对
D
i
的影响，
d
r
的数值
很大，一般在几十千欧到几百千欧之间。
3．极限参数：①最大漏源电压
(BR)DS
V
②最大栅源电压
(BR)GS
V
③最大允许耗散功率
DM
P
。
3．电流表达式
场效应管在恒流区（放大区）的电流表达式如下。
JFET、耗尽型 MOSFET：
2
GS
D DSS
P
(1 )
v
i I
V
= -
增强型 MOSFET：
2
GS
D D0
T
( 1)
v
i I
V
= -
4．FET 小信号模型
FET 的静态工作点设置在放大区后，如果输入小信号，则 FET 对信号进行线性放大,此
时，可以将 FET 等效为一个两端口的线性网络。FET 共源接法的低频小信号模型如图 4.2(b)
所示。
g
d
s
�
�
GS
v
�
�
DS
v
D
i
�
�
ds
V
�
�
�
gs
V
�
g
s
d
d
r
gs
r
m gs
g V
�
d
I
�
(a) 共源接法 (b) 低频小信号模型
图 4.2 FET 的低频小信号模型
跨导
m
g
的值与静态工作点 Q 有关。
耗尽型管：
GS
DSS
P
m
P
2 (1 )
V
I
V
g
V
-
= -
71
增强型管：
m D0 D
T
2
g I I
V
=
gs
r
、
ds
r
很大，数量级为几百千欧以上，因此通常将模型中的
gs
r
、
ds
r
视为开路。
4.3 重点难点分析
1．场效应管特性曲线
各种类型场效应管的转移特性曲线如图 4.3 所示。N 沟道和 P 沟道场效应管的输出特
性曲线如图 4.4 所示。
由转移特性曲线可见，
D
i
受
GS
v
控制，
D
i
与
GS
v
之间存在着平方律关系。
由输出特性曲线可见，
D
i
受
DS
v
的影响。在预夹断前，
D
i
随
DS
v
几乎成正比地升高；在
预夹断后，
D
i
基本上不随
DS
v
增加而增大，因此夹断后漏极电流
D
i
趋于饱和。在预夹断点，
GS
v
与
DS
v
满足预夹断方程，即
耗尽型 FET
DS GS P
v v V= -
增强型 FET
DS GS T
v v V= -
D
i
0
GS
v
P
V
P
V
T
V
DSS
I
DSS
I
JFET
增强型
MOSFET
耗尽型
MOSFET
D
i
0
GS
v
P
V
P
V
T
V
DSS
I
DSS
I
JFET
增强型
MOSFET
耗尽型
MOSFET
(a) N 沟道管转移特性曲线 (b) P 沟道管转移特性曲线
图 4.3 场效应管转移特性曲线
DS
v
D
i
DS GS P T
v v V V� � 或
可变
电阻
区
恒流区
饱和区
放大区
截止区
GS
v
0
0
DS
v
D
i
GS
v
截止区
恒流区
饱和区
放大区
可变
电阻
区
DS GS P T
v v V V� � 或
72
(a) N 沟道管输出特性曲线 (b) P 沟道管输出特性曲线
图 4.4 场效应管输出特性曲线
2． FET 的三个工作区域
根据输出特性曲线可以将场效应管的工作区域划分为可变电阻区、饱和区(恒流区、放
大区)和截止区。不同类型 FET 的三个区域所对应的偏置条件详如表 4.1 所示。
表 4.1 各类场效应管三个工作区域所对应的条件
N 沟道
P 沟道
类型
工作区
JFET
增强型 MOS
耗尽型 MOS
JFET
增强型 MOS
耗尽型 MOS
可变电
阻区
P GS
0V v< £
DS GS P
v v V< -
GS T
v V>
DS GS T
v v V< -
GS P
v V>
DS GS P
v v V< -
GS P
0 v V£ <
DS GS P
v v V> -
GS T
v V<
DS GS T
v v V> -
GS P
v V<
DS GS P
v v V> -
恒流区
P GS
0V v< £
DS GS P
v v V> -
GS T
v V>
DS GS T
v v V> -
GS P
v V>
DS GS P
v v V> -
GS P
0 v V£ <
DS GS P
v v V< -
GS T
v V<
DS GS T
v v V< -
GS P
v V<
DS GS P
v v V< -
截止区
GS P
v V£
GS T
v V<
GS P
v V£
GS P
v V³
GS T
v V>
GS P
v V³
3． 场效应管放大电路分析
（1）静态分析
为了使电路中的 FET 具有放大作用，必须将 FET 的静态工作点设置在放大区。放大区
工作时的
GS
V
与
DS
V
关系，如表 4.2 所示。
表 4.2 FET 在放大区工作时
GS
V
与
DS
V
应满足的关系
极 性
放大区条件
N 沟道管：正极性(
DS
0V >
)
( )
DS GS P T
0V V V V> - >或
DS
V
P 沟道管：负极性(
DS
0V <
)
( )
DS GS P T
0V V V V< - <或
N 沟道管：
( )
GS P T
V V V> 或
GS
V
结 型 管：与
DS
V
反极性
增强型 MOS 管：与
DS
V
同极性
耗尽型 MOS 管：双极型
P 沟道管：
( )
GS P T
V V V< 或
73
DD
+V
DD
+V
g1
R
g2
R
g3
R
G
V
D
I
d
R
R
g
R
R
d
R
D
I
�
�
DS
V
�
�
DS
V
�
�
GS
V
GS
V
�
�
(a) 自偏压电路 (b) 分压器式偏置电路
图 4.5 FET 放大电路的直流偏置电路
图 4.5(a)所示的自偏压电路仅适用于耗尽型 FET。求解该电路静态工作点的方法是解方
程组：
2
GS
D DSS
P
GS D
(1 )
V
I I
V
V I R
ì
= -
ï
í
ï
= -
î
图 4.5(b)所示的分压器式偏置电路能用于任何 FET。求解该电路静态工作点的方法是
解方程组：
2
GS
D D0
T
g2
GS DD D
g1 g2
( 1)
V
I I
V
R
V V I R
R R
ì
= -
ï
ï
í
ï
= -
ï
+
î
以上两个偏置电路都不能使 FET 全夹断，故应舍去方程解中使沟道全夹断的根。
（2）动态分析
与双极型晶体管相似，场效应管有三个电极，可接成三种基本放大电路，即共源极、
共漏极和共栅极放大电路。与 BJT 放大电路类似，场效应管放大电路也使用小信号模型进
行动态分析。分析三种基本放大电路及性能指标，如表 4.3 所示。
表 4.3 三种组态场效应管放大电路的比较
CS 组态
CD 组态
CC 组态
电路
DD
V�
d
s
g
g
R
R
d
R
C
2
C
1
C
�
�
�
�
�
o
v
i
v
L
R
�
T
d
g
s
R
�
1
C
2
C
�
�
i
v
�
�
o
v
L
R
g3
R
g1
R
g2
R
T
DD
+V
g
ds
T
�
�
i
v
�
�
o
v
L
R
DD
V�
�
2
C
1
C
�
�
3
C
g1
R
g2
R
R
d
R
