04 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。

N沟道

JFET P沟道 N沟道 FET 增强型 P沟道

MOSFET N沟道 耗尽型 P沟道

dgsN沟道dgsP沟道dgBsN沟道dgBsP沟道dBsN沟道gdBsP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

69

2． FET的主要参数

1．直流参数：①耗尽型的夹断电压VP。iD0所对应的vGS值。②耗尽型的漏极饱和电流IDSS。当管子工作在饱和区时，vGS0时的漏极电流iD。③增强型开启电压VT。导电沟道形成时的最小vGS。④增强型的ID0。vGS2VT时的iD值。

i2．交流参数：①低频跨导gm。gmDQ，跨导等于转移特性曲线上静态工作点Q

vGS处切线的斜率，它反映FET放大能力。②输出电阻rd。反映了vDS对iD的影响， rd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V(BR)DS②最大栅源电压V(BR)GS③最大允许耗散功率PDM。

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。

v JFET、耗尽型MOSFET： iDIDSS(1GS)2

VP增强型MOSFET： iDID0(vGS1)2 VT4．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。

iDdggIddvGSvDSsVgsrgsgmVgssrdVds

(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gm的值与静态工作点Q有关。

2IDSS(1VGS)VP耗尽型管： gmVP

70

增强型管： gm2VTID0ID

rgs、rds很大，数量级为几百千欧以上，因此通常将模型中的rgs、rds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，iD受vGS控制，iD与vGS之间存在着平方律关系。

由输出特性曲线可见，iD受vDS的影响。在预夹断前，iD随vDS几乎成正比地升高；在预夹断后，iD基本上不随vDS增加而增大，因此夹断后漏极电流iD趋于饱和。在预夹断点，vGS与vDS满足预夹断方程，即

耗尽型FET vDSvGSVP 增强型FET vDSvGSVT

iD耗尽型增强型MOSFETMOSFETiDVT0IDSSJFETVPVPvGSIDSSVPVP0VTIDSSJFETvGS

IDSS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

iDiDvDSvGSVP或VT可变电阻区恒流区饱和区放大区0截止区vDSvGS恒流区饱和区放大区可变电阻区vGS截止区0

vDSvDSvGSVP或VT

71

(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

类型 工作区 可变电阻区 恒流区 截止区 JFET N沟道 增强型MOS 耗尽型MOS JFET P沟道 增强型MOS 耗尽型MOS VPvGS0 vDSvGSVP VPvGS0 vDSvGSVP vGSVT vDSvGSVT vGSVT vDSvGSVT vGSVP vDSvGSVP vGSVP vDSvGSVP 0vGSVP vDSvGSVP vGSVT vDSvGSVT vGSVP vDSvGSVP vGSVP vDSvGSVP 0vGSVP vGSVT vDSvGSVP vDSvGSVT vGSVP vGSVT vGSVP vGSVP vGSVT vGSVP

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VGS与VDS关系，如表4.2所示。

表4.2 FET在放大区工作时VGS与VDS应满足的关系

极 性 N沟道管：正极性(VDS0) 放大区条件 VDSVGSVP或VT0 VDSVGSVP或VT0 N沟道管：VGSVP或VT P沟道管：VGSVP或VT VDS P沟道管：负极性(VDS0) 结 型 管：与VDS反极性 VGS 增强型MOS管：与VDS同极性 耗尽型MOS管：双极型

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+VDD+VDDRdRgVGSRIDVDS Rg1VGRg3RdID Rg2VDSVGSR

(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

VIDIDSS(1GS)2程组： VP VIRGSD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

VGSII(1)2DD0VT解方程组：  Rg2VVDDIDRGSRRg1g2

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 VDDCD组态 +VDDdgCC组态 C1RLvoRd电路 viC1RgdgsC2vo Rg1C1sTdC2TRCRLRg3TCs2g Rg1RdVDDRLviRvi Rg2RC3vo Rg2 73

+VDD+VDD直 流 偏 置 自偏置电路RgRdVGSRIDVDS Rg1VGRg3RdID Rg2VDSVGSR 分压器式偏置电路与BJT的射极偏置电路类比 与BJT的固定偏置电路类比 动态指标 AV Ri gmRd//RL Rg gmR//RL 1gmR//RLRg3Rg1//Rg2 gmRd//RL R//1 gm Ro Rd R//1 gmRd 特点 反相放大器 AV1， AI1 Ri很大，Ro较大 同相放大器 AV1，AI1 同相放大器 AV1， AI1 Ri很小，Ro较大 共基极放大电路 Ri很大，Ro较小 共集电极放大电路 类比 共射极放大电路

4.4学习方法指导

学生在学习场效应管及场效应管放大电路时，往往会感觉困难。

由于FET与BJT都是半导成的放大器件，所以二者在很大程度上具有相似性，因此建议在学习过程中使用类比的方法，即在所学BJT知识的基础上，找出FET与BJT的相同点与不同点，这样便于对FET相关知识的理解和记忆。

1．场效应管与晶体三极管的类比

①BJT和FET都是半导体器件，虽然二者的工作原理不同，但两种器件的三个电极存在对应关系，即栅极g对应基极b，源极s对应发射极e，漏极d对应集电极c。

②BJT有NPN和PNP两类管子，而FET有N沟道和P沟道两类管子，其中NPN管与N沟道管可以类比，PNP管与P沟道管可以类比。

③BJT和FET二者均是能量转换元件，具有电流或电压控制电流源的特性。BJT通过基极电流iB控制集电极电流iC，工作在放大区时，二者存在线性关系，即iCiB；FET通过栅源电压vGS控制漏极电流iD，工作在放大区时，二者存在平方律关系，即

viDIDSS(1GS)2。

VP

74

④FET和BJT输出特性曲线的形状相同，而且都可以分为三个工作区域，但曲线上的参变量不同，FET的参变量是栅源电压vGS，而BJT的参变量是基极电流iB。

⑤BJT的基极电流iB很小，一般为μA级，而FET的输入电流基本为零，因此FET的输入电阻比BJT的大得多。

⑥FET是单极型器件，只有多数载流子参与导电，而BJT是双极型器件，多数载流子和少数载流子都参与导电。因为少数载流子的数量受温度等外界因素的影响，所以BJT的热稳定性不如FET。

⑦BJT的门坎电压(死区电压)Vth、FET的夹断电压VP或开启电压VT，三者都是管子导通和截止的分界限，可以类比。

⑧FET和BJT小信号模型的电路形式相同，只是受控电流源的控制量不同而已，FET的控制量为Vgs，BJT的控制量为Ib。另外，因为FET的输入电阻很高，分析时可认为输入端开路，因此FET的小信号模型比BJT的略显简单。

⑨BJT和FET二者均是放大器件，反映BJT放大作用的参数是β，反映FET放大作用的参数是gm，它们都与静态工作点有关。由于gm比较小，所以FET的放大能力不及BJT。

⑩因为FET的结构和制造工艺简单，所以FET比BJT容易集成，另外FET的噪声小、功耗低、寿命长。

2．场效应管放大电路与晶体管三极管放大电路类比

BJT有三个电极e、c和b，分别将其中某电极做公共端，可以组成三种基本放大电路：共发射极电路、共集电极电路和共基极电路。FET也有三个电极s、d和g，可以组成三种基本放大电路：共源极电路、共漏极电路和共栅极电路。同三个电极的对应关系一样，FET与BJT三种放大电路也有着同样的对应关系，即共源极放大电路与共射极放大电路相似；共漏极放大电路与共集电极放大电路相似；共栅极放大电路与共基极放大电路相似。

放大电路静态分析和动态分析所使用的方法相同，即静态分析可采用图解法或估算法，动态分析采用小信号等效电路法。因为FET的输入电阻很高，分析时可认为输入端开路，因此FET的小信号模型比BJT的略显简单。FET三种基本放大电路的动态性能与BJT三种基本放大电路的相似。

4.5 典型例题分析

【例4.1】场效应管各极电位如图4.6所示，问JFET各工作在什么区？

8Vd6Vd5Vg2Vsgs

75

(a) VP =－3V (b) VP =－5V

图4.6 例4.1的电路图

解：(a)图中的FET为N沟道JFET。

vGS5VvGS2VVPvGS<0 ，沟道存在，管子导通。

又vDS=6V vGSVP3VvDSvGSVP，FET处于饱和区(放大区、恒流区)。

【例4.2】设图4.7中的MOSFET的VT或VP的绝对值均为1V，测得它们各极电位如图所示，问它们各工作于什么区？

6V2V2V6V

(a) (b) 图4.7 例4.2的电路图

解：因为(a)图的FET为N沟道耗尽型MOSFET，所以VP1V。由图(a)可知vGS2V，vDS6V。可见vGSVP，沟道没有全夹断，管子导通。又因vGSVP3V、vDSvGSVP，

所以图(a)中的FET工作在饱和区。

因为(b)图的FET为N沟道增强型MOSFET，所以VT1V。由图(b)可知vGS2V，

vDS6V。可见vGSVT，沟道存在，管子导通。又因为vGSVT1V、vDSvGSVT，所以图(b)中FET的工作在饱和区(放大区)。

Rg1M、【例4.3】共源放大电路如图4.8所示，已知VDD30V、Rd3k、R1k、

FET的IDSS7mA、VP8V。求ID、VGS和VDS。

VDD+VDDRdC1vidgsC2RdTRCRgRLvoVGSRIDVDS

76

图4.8 例4.3的电路图 图4.9 例4.3电路的直流偏置电路

解： 画出直流通路如图4.9所示。 由图4.9电路可得 VGSIDR JFET的电流表达式为 IDIDSS(1

VGS2)ID7mA(18V VI1kGSD2.9mA解上述二次方程组可得 ID

22.4mAVGS2) VP因为ID22.4mA>IDSS，所以舍去此根，得

ID2.9mA VGS2.9V 由图4.9可得 VDSVDR) DI(RDd再将ID的值代入上式，计算得 VDS18.4V

【例4.4】放大电路及已知条件与例4.3相同，即电路如图4.8所示，且已知VDD30V、Rd3k、Rg1M、R1k、FET的IDSS7mA、VP8V。求放大电路的电压增益AV、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

解：由例4.3的解可知ID2.9mA、VGS2.9V，VDS18.4V。

因为VGSVP，所以管子导通。又因VGSVP5.1V、VDSVGSVP所以N沟道JFET工作在放大区。

画出电路的小信号等效电路，如图4.10所示。

gdIdViRgVgssgmVgsRdRLVo

图4.10 共源放大电路的小信号等效电路

77

2.9mA解上述二次方程组可得ID

22.4mA因为ID22.4mA>IDSS，所以舍去此根。

得 ID2.9mA VGS2.9V 由图4.9可得 VDSVDDID(RdR) 再将ID的值代入上式，计算得 VDS18.4V

2IDSS(1gmVPVGS)VP1.13mS

由交流等效电路可得

ViVgs

VogmVgsRd//RL

AVVogmRd//RL2.1 ViRiViRg1M IiRoRd3k

【例4.5】已知电路及电路参数如图题 4.11所示，FET静态工作点上的跨导gm1mS，设rdsRd。(1)画出小信号等效电路；(2)求电压增益AV；(3)求放大电路的输入电阻Ri和输出电阻Ro。

解：(1)画小信号等效电路

因为rdsRd，所以忽略rds，可画出电路的小信号等效电路，如图4.12 所示。

VDDRg1300kC10.02μFviRg2100kRd10k20VC2gdT4.7μFR1Rg3vo2k2MCR210k47μFRg3VgssVigmVgsR1RdVo Rg1 Rg2

图4.11 例4.5的电路图 图4.12 例4.5电路的小信号等效电路

(2)求电压增益AV

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由图4.12小信号等效电路可得

AVVogR//R110mdL3.3 Vi1gmR112(3)求输入电阻Ri和输出电阻Ro 由图4.12小信号等效电路可得 RiViRg3Rg1//Rg22075kΩ IiRoRd10k

【例4.6】源极输出器电路如图4.13所示。已知FET工作点上的互导gm0.9mS，其他参数如图中所示。求放大电路的电压增益AV、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

VDDR1300kC1Rsvs0.02μF12VTR32MgdIdC2RsVsR3viR2100kR12k10μFvoViR1R2VgssgmVgsRVo

图4.13 例4.6的电路图 图4.14 例4.6电路的小信号等效电路 解：画出小信号等效电路，如图4.14所示。 由等效电路求电压增益AV和输入电阻Ri

AVVogmR0.91.20.92 Vi1gmR10.91.2ViR3R1//R22075kΩ Ii

Ri令Vs0，保留其内阻Rs，在输出端加一测试电压VT，将引起流入输出端的电流IT。画出求输出电阻Ro的电路，如图4.15所示。

79

gdRsRg3ViVgsgmVgsIT Rg1 Rg2sRIRVT

图4.15 求源极输出器输出电阻的电路

由图4.15有 ITIRgmVgs

VgsVT 通过上述两式可以求出 RoVT1R//1.02kΩ ITgm【例4.7】两级放大电路如图4.16所示。假定T1管的gm和T2管的、rbe均为已知。试写

出电路的电压增益AV、输入电阻Ri和输出电阻Ro的表达式。

gdVCCC1VgsgmVgsIbsbrbecRbT1RsviRgC2ReT2C3RLvoViRgIbeRsRbReRLRoVo

Ro1Ri2

图4.16 例4.7的电路图 图4.17 例4.7电路的小信号等效电路 解：这是由JFET和BJT组成的两级阻容耦合放大电路。第一级为源极输出器，第二级为射极输出器。为了进行动态分析，首先画出小信号等效电路如图4.17所示。由图可知，第一级输出电阻Ro1是第二级的信号源内阻，第二级的输入电阻是第一级的负载。

第一级（源极输出器）的输出电阻为

1 Ro1Rs//gm第二级（射极输出器）的输入电阻为

Ri2Rb//rbe+(1+)Re//RL

80

电路的输出电阻Ro就是第二级的输出电阻，它与第一级的输出电阻Ro1有关，

r+R//RRoRe//bebo1

1+电路的输入电阻Ri是第一级的输入电阻

RiViRg Ii第一级的电压增益为

AV1gm(Rs//Ri2)

1gm(Rs//Ri2)第二级的电压增益为

AV2(1+)Re//RL

rbe+(1+)Re//RL总的电压增益为

AVAV1AV2gm(Rs//Ri2)(1+)Re//RL 1gm(Rs//Ri2)rbe+(1+)Re//RL4.6 习题详解

4.1 一个 JFET 的转移特性曲线如图4-1 所示，试问： （1）它是 N 沟道还是 P 沟道 FET？

（2）它的夹断电压VP和漏极饱和电流IDSS各是多少？

iD/mA321420vGS/V

图4-1 习题4.1 的JFET转移特性曲线

解：由图4-1所示的转移特性曲线可知，它是N沟道JFET，其VP4V，IDSS3 mA。

4.2 图4-2中的FET其VP4V，问FET工作在什么区？

81

8Vdgs

图4-2 习题4.2的电路图

解：由管子符号可知，它是P沟道JFET，且由电路可知vGS0V、vDS8V。 因为vGSVP，所以电路中的JFET导通。

又因为vGSVP4V、vDSvGSVP，所以该JFET工作在放大区。

4.3 写出FET各个工作区域对应的沟道状态 填入表4-1。

表4-1

工作区域 沟道状态 解：

可变电阻区 解表4-1

放大区 截止区 工作区域 沟道状态 可变电阻区 未夹断 放大区 部分夹断 截止区 全夹断

4.4 已知FET的输出特性如图4-3所示，iD的方向为实际电流方向。(1)判断该管类型，并确定VP和IDSS的值，(2)求VDS10V，ID2mA处的跨导gm。

iD/mA43210-5vGS0V1V2V3V-10-155VvDS/V

图4-3 习题4.4 FET输出特性曲线

解：(1)因为vDS0，所以该管为P沟道FET 又因 0VvGS5V，故该管为JFET。 结论：P沟道JFET，VP5V，IDSS4mA。

82

2IDSS(1(2)gmVGS)VPVP2IDSSID1.13mS。 VP4.5 若某P沟道JFET的IDSS=6mA、VP=4V，画出该管的转移特性曲线。 解：由已知条件IDSS=6mA、VP=4V可以写出P沟道JFET的电流表达式。

vviDIDSS(1GS)26(1GS)2

VP4由电流表达式可以画出转移特性曲线，如习题4.5 的解图所示。

iD/mA0-2-4-61234-0.375-1.5-3.375vGS/V

习题4.5 的解图 FET转移特性曲线

4.6 一只P沟道耗尽型MOSFET的IDSS6mA、VP4V，另一只P沟道增强型

MOSFET的VT=4V。试分别粗略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： 两管输出特性曲线分别如习题4.6 的解图(1)、 (2)所示（粗略画出预夹断轨迹）。

iD/mA-12-9-6-30-12-9-6-3iD/mA03V2V1VvDS/V-5V6V7VvGS8VvDS/VvGS0V1V-5-5-109V-10vDSvGSVP

vDSvGSVT

习题4.6 的解图(1) 耗尽型输出特性 习题4.6 的解图(2) 增强型输出特性

4.7 图4-4中JFET的IDSS的绝对值都等于4mA，且沟道部分夹断，求输出端的直流电压VO 。

83

10Vsgd10Vd10Vsg1kdVOd1k10VVOgsVO1kVOg1ks

图4-4 习题4.7电路图

(a) (b) (c) (d)

解：(a) 因为该管为JFET，且由图可以看出vGS0V，所以iDIDSS。又知它是P沟道管，所以IDSS4mA，电流流出漏极，电阻上的压降为4V，VO10+46V。

(b) 因为该管为JFET，且由图可以看出vGS0V，所以iDIDSS。又知它是P沟道管，所以IDSS4mA，电流流出漏极，电阻上的压降为4V，VO4V。

(c) 因为该管为JFET，且vGS0V，所以iDIDSS。又知它是N沟道管，所以IDSS4mA,电流流入漏极、流出源极，电阻上的压降为4V，VO4V。

(d) 因为该管为JFET，且vGS0V，所以iDIDSS。又知它是N沟道管，所以IDSS4mA,电流流入漏极，电阻上的压降为4V，VO1046V。

4.8 一个MOSFET的转移特性如图4-5 所示，试问(1)该管是耗尽型还是增强型？ (2)该管是 N沟道还是 P沟道 FET？ (3)从转移特性上可求出该FET的夹断电压VP，还是开启电压VT？其值等于多少？

iD/mA3216420vGS/V

图4-5 习题4.8的 MOSFET转移特性曲线

解： 由图4-5可见，vGS4V，因此它是P沟道增强型MOSFET,VT4V。

4.9图4-6中的MOSFET的VT或VP的绝对值均为1V，问它们各工作于什么区？

84

s2Vgd2Vsgd3V1V

(a) (b) 图4-6 习题4.9的电路图

(a) 该管为P沟道耗尽型MOSFET，VP1V。因为vGS2V>VP解：

FET处于截止区。

所以沟道全夹断，

(b)该管为P沟道增强型MOSFET，VT1V。因为vGS2V>VT，所以沟道全夹断，FET处于截止区。

4.10 增强型FET能否用自偏压的方法来设置静态工作点？试说明理由。

由于增强型MOS管在vGS0时，无导电沟道）iD0,它必须在vGS>VT才有沟道存解：

在，这就要求VGS与VDS极性相同，而自偏压电路产生的VGS与VDS极性相反。因此，增强型的MOS管不能用自偏压的方法来设置静态工作点。

4.11 测得某放大电路中三个增强型MOS管的三个电极的电位如表4-2所示，它们的开启电压也列在表中。试分析各管的工作状态(截止区、恒流区、可变电阻区），并填入表内。

表4-2

管 号 T1 T2 T3 VT/V VS/V VG/V VD/V 工作状态 4 －4 －4 －5 3 6 1 3 0 3 10 5

解：因为三只管子均有开启电压，所以它们均为增强型MOS管。根据表中所示各极电位计算出VGS、VDS和VGSVT，再将VGSVT和VDS进行比较，可判断出它们各自的工作状态，如解表4-2所示。

解表4-2

管号 T1 VT/V 管型 VS/V VG/V VD/V VGS/V VDS/V VGSVT 工作状态 4 N沟道 －5 1 3 6 8 2 恒流区 85

T2 T3 －4 －4 P沟道 P沟道 3 6 3 0 10 5 0 －6 7 －1 4 －2 截止区 可变电阻区

4.12 已知场效应管的输出特性曲线如图4-7所示，画出它在恒流区的转移特性曲线。

iD/mAvDS/V图4-7 习题4.12 的FET输出特性曲线

解：在场效应管的恒流区作横坐标的垂线如图习题4.12解图(a)所示，读出其与各条曲线交点的纵坐标值及横坐标值。再建立iD—vGS坐标系，描点，连线，即可得到转移特性曲线，如图习题4.12解图(b)所示。

iD/mA3iD/mA21vDS15VvDS/V024681012vGS/V(a) (b) 习题4.12 的解图 FET输出特性和转移特性曲线

4.13 分别判断图4-8所示的各电路中场效应管是否有可能工作在恒流区。

86

VDDVDDVDDVDDRddgsRddgsgRdsgRdsRSRgdRgdRSVGG

(a) (b) (c) (d)

图4-8 习题4.13的电路图

解：(a)因为对于JFET，可以采用自偏置电路设置静态工作点，由图可知该电路为自偏置电路，所以该FET可能工作在恒流区。

(b)对于增强型FET，因为栅源电压为零时不存在沟道，而该电路的栅源电压为零，所以该FET不可能工作在恒流区。

(c) 对于增强型FET，静态工作点的设置不可以采用自偏置电路，而该电路为自偏置电路，所以该FET不可能工作在恒流区。

(d) P沟道JFET工作在放大区的条件之一是0vGSVP，该电路的电源VGG能使vGS0，且另一电源VDD能使vDS0，所以该FET可能工作在恒流区。

4.14 JFET自给偏压放大器如图4-9所示。设Rd12k，Rg1M，R470，电源电压VDD30V。FET的参数：IDSS=3mA，VP=2.4V。

(1) 求静态工作点ID、VGS和VDS。

(2) 当漏极电阻超Rd过何值时FET会进入可变电阻区？

VDDRdC1vidgsC2TRCRgRLvo

图4-9 习题4.14的电路图

解：(1) 由图4-9电路可得 VGSIDR JFET的电流表达式为 IDIDSS(1

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VGS2) VP联立上述两式，并将相应的已知条件代入方程组中。有

VGS2)ID3mA(1 2.4VVI0.47kGSD1.5mA解上述二次方程组可得 ID

17.4mA因为ID17.4mA>IDSS，所以舍去此根。

得 ID1.5m，AVGS1.5mA0.47k0.71V

VDSVDDID(RdR)11.3V

(2)当vDSvGSVP0.712.41.69V时，沟道预夹断. 即 VDDID(RdR)1.69V

Rd18.4k

当Rd18.4k时，FET进入电阻区。

4.15 在图4-10所示电路中，已知JFET的IDSS=1mA，VP=1V。如果要求漏极直流电位VD10V，求电阻R1的阻值。

VDD24VRd56kdgsVDRg1MR1RS

图4-10 习题4.15的电路图

解：IDVDDVD24100.25mA Rd56将ID的值代入JFET的电流表达式IDIDSS(1VGS2) VP得 VGS0.5V

V由VGSIDR1，得R1GS2k

ID4.16 FET放大电路图4-11所示。FET参数为：IDSS=2mA，VP=4V，rds可忽略不计。试估算静态工作点，并求中频段端电压增益AV、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

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VDD20VRd2kC1viC2TRg5MRL5kvo

图4-11 习题4.16 的电路图

解：(1)估算工作点： VGS0，IDIDSS2mA，VDSVDDIDRd20416V (2)电路是由N沟道耗尽型FET组成的共源放大器。

V2IDSS(1GS)VP2gmIDSSID1mS

VPVPAVVogmRdRL1.43 ViRiViRg5M RoRd2k Ii4.17 在图4-12所示共源放大器中，JFET的参数为：IDSS=4.5mA，VP=3V，rds可忽略不计。试求：(1)静态工作点ID、VGS和VDS；(2)中频段端电压增益AV、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

VDD18VR1500kC1RsvsviR2100kRdC5.6k2dgTsR3RLv2Mo5.6kRC2k

图4-12习题4.17的电路图

解：(1)静态工作点ID、VGS和VDS

VGR2100VDD183V R1R2600VGSVGIDR32ID

VGS2)ID4.5(1联立 3V

VGS32ID2mA解二元二次方程组可得 ID，舍去ID4.5mA

4.5mA得 ID2mA，VGS1V，VDSVDDID(RdR)2.8V

（满足vDSvGSVP，即放大区条件）

(2) AV、Ri和Ro

gm2VPIDSSID2mS

AVVogmRd//RL5.6 ViRiR3R1//R22.08M RoRd5.6k

4.18 N沟道JFET共漏放大器如图4-13所示，电路参数为：R140k，R260k，

负载电阻RL80k，电源电压VDD30V，信号源内阻RS200k。R32M，R420k，

JFET的IDSS=4mA，VP=4V，rds40k。试计算跨导gm，并求端电压增益AV、电流增益AI、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

VDDR1C1RsvsdgR3R2R4TCs2RLvovi

图4-13 习题4.18的电路图

解：(1)求ID并计算gm

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VGR26VDD3018V VGSVGIDR41820 IR1R210VGS2)ID4(1联立 4V

V1820IDGS1.21mA解二元二次方程组可得 ID，舍去ID1.21mA

1mA得 gm(2)由共漏放大器公式 AV2VPIDSSID1mS

gmrds//R4//RL20//40//800.92

1gmrds//R4//RL120//40//80RiR3R1//R22024kΩ

Rords//R4//1930Ω gmAIVo/RLR0.922024AVi23.3 Vi/RiRL804.19 电路如图4-14所示，已知场效应管的低频跨导为gm，试写出AV、Ri和Ro的表

达式。

VDD R1gRddTsC2viR3RLvo 2RR

图4-14 习题4.19的电路图

解：小信号等效电路如图习题4.19的解图所示，忽略rds，可得

ViVgsgmVgsR

VogmVgsRd//RL

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AVVogR//RmdL Vi1gmRViR3R1//R2 IiRiRoRd

gdIdR3R1VgssVigmVgsRrdsRdRLVoR2

习题4.19的解图 小信号电路等效电路

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