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1

第七章  場效電晶體的偏壓 §  7-1 前言 

1、 偏壓：設定直流 VGS。 2、

 

FET裝置之 輸入 VGS與輸出 ID間 的關係式為 非線性。 

3、右圖為 N-channel JFET的轉移曲線。 4、轉移曲線為根據轉移方程式而劃。 5、轉移方程式為夾止區的輸出特性方程式。 6、FET的輸出特性方程式 （1）歐姆區 

  2

2

1)(2

 DS  DS t GS  D  V V V V  K  I   

（2）夾止區 

2t GS  D   V V  K  I      ，或 

2

1  

  

 

 P 

GS 

 DSS  DV 

V  I  I    ，其中

  2

 P 

 DSS 

V 

 I  K     ，   P t    V V    

7、應用於所有  FET放大器，直流分析之一般關係： 

（1）IG = 0（2）ID = IS 

§  7-2 固定偏壓組態 

1、外加一組電源，提供固定的 VGS。 2、Vi、Vo表示交流信號。 3、C1、C2：耦合電容器。 

（1

）DC

分析→C1

、C2

開路 

（2）AC分析→C1、C2短路 4、R G 存在的目的為交流，若無 R G ， 交流將短路到地。 

5、此組態需要 兩個直流電源， 其用途受到限制，故不常用。 

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2

7、直流分析網路:（1）∵   0GSS  I      0   GGSS    R I    直流分析時，  RG  視為短路 

 NOTE：IG SS為 P-N接面的閘極逆向飽和電流 （2）輸入 KVL：VGS+VGG= 0

=>VGS = -VGG (固定直流電源)

=>VGS = 定值，謂“固定偏壓” （3）代入  蕭克萊方程式 

2

1  

  

 

 P 

GS 

 DSS  DV 

V  I  I   

在已知  P V  ，

  DSS  I    ，及

  GS V    下  =>

 D I   可求。 

例題 1、下圖電路，已知某 n-ch.JFET參數    V V  P    8   ，   mA I  DSS    10   ， 

試求：（1）  GS V    （2）

  D I   （3）   DS V   （4）   )( sat  DS V   

Ans： （1）  IG ≅0A=>V1MΩ =0 短路 

=>VGS = -VGG = -2V

代入轉移方程式（夾止區的輸出特性方程式） 

（2）mA I 

V 

V  I  I 

 D

 P 

GS 

 DSS  D

625.516

910)

4

3(10

8

21101

2

22

 

  

   

（3）   V  R I V V   D D DD DS    75.42625.516    

（4）   V V V V  GS  P  sat  DS    6)2()8()(    

 NOTE（1）∵   DS V   ＜   )( sat  DS 

V 

  ，∴FET在歐姆區，故（

2）（

3）答案錯。 

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3

 NOTE（2）FET做放大器要在夾止區。  NOTE（3）例題 1電路，若要在夾止區，只需修改   V V  DD   20   即可。 

此時，   V  R I V V   D D DD DS    75.82625.520    

在此之下，   DS V    ＞   )( sat  DS V 

  ，FET在夾止區。 或是修改     k  R D   1   亦可。 

 NOTE（4）  D R  小放大倍數小(電壓增益小)

§  7-3 自給偏壓組態 

1、自給偏壓組態，不需要兩個直流電源。 

2、電路自給 V GS 。 3、V GS 由源極接腳之電阻 RS 的電壓提供。 

4、直流分析網路:（1）∵   0GSS  I      0   GGSS    R I    直流分析時，  RG  視為短路 

 NOTE：IG SS為 P-N接面的閘極逆向飽和電流 

（2）ID = IS

（3

）偏壓方程式  S  DGS    R I V     

（4）轉移方程式（夾止區的輸出特性方程式） 2

1  

  

 

 P 

GS 

 DSS  DV 

V  I  I   

（5）解聯立方程式，  => 可求  D I   ，

  GS V   

一般用代入法，將偏壓方程式代入轉移方程式 

（6）二次方程式  02

  cbxax  

 

a

acbb

 x 2

42

 

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4

①

②

非

線

性

①

②

①

②

非

線

性

 

例題 2、附圖電路，已知   V V  P    4   ，   mA I  DSS    8   ，試求： 

（1）   GS V 

  （2）   D I 

  （3）   DS V   （4）   )( sat  DS V 

 

Ans： (1)   1   DS  DGS    I  R I V   

(2)

22

22

2

148

16

1

2

118

4181  D D D D

 D

 P 

GS 

 DSS  D   I  I  I  I  I 

V 

V  I  I   

 

  

 

 

  

 

 

  

   

)(82085

2

1   2

不合或 mAmA I  I  I   D D D    

(3)   V  I V   DGS    21    

(4)   V  R R I V V  S  D D DD DS    14)12(220)(    

(5)   V V V V  GS  P  sat  DS    2)2()4()(    

NOTE：1、   DS V    ＞   )( sat  DS V    ，FET在夾止區。 

NOTE：2、若   mA I  D   8   =>   V  I V   DGS    81     ，已超出 VP (=－4V)，表示 OFF ，

故   mA I  D   8   不合。 

[圖解法] ：實務上可用 1、建立 N-ch. JFET裝置的轉移曲線 依據蕭克萊方程式 

2

1

 

 

 

 

 P 

GS 

 DSS  D

V 

V  I  I 

 

二次方程式，需要四個座標點： 

①當 VGS＝0V時, ID＝IDSS 

②當 VGS＝VP時, ID＝0

③當 VGS＝1/2VP時, ID＝1/4IDSS 

④

當VGS

≒0.3VP

時, 

ID

＝1/2 IDSS 

連接四個座標點可得轉移曲線。 

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5

2、畫出偏壓線：  VGS = -IDR S = -ID  ×  1任意取 2個座標點： 

①  ID= 0AVGS = 0 V

② ID= 2mAVGS =－2 V 

將 ①  ~ ②點連接可得偏壓線。 

3、兩條線的交點為此電路之共同解(稱靜態點，或工作點，Q-點 )

4、從   Q-點  畫一水平線得  IDQ ，垂直線得 VGSQ 

此電路之 IDQ =2mA ，VGSQ =－2V

§  7-4 分壓器偏壓 

1、組態 與  BJT相同。 2、Vi、Vo：交流信號。 3、C1、C2：耦合電容器。 

CS：旁路電容器。 

直流分析：找出偏壓方程式代入轉移方程式（夾止區的輸出特性方程式） 

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6

由網路知  S GGS    V V V     

21

2

 R R

 RV V  DDG

 

S  DS    R I V     

例題 3、附圖電路，已知某 n-ch.JFET參數    V V  P    4   ，   mA I  DSS    8   ， 

試求：（1）  GS V    （2）

  D I   （3）   DS V   （4）   )( sat  DS V   

Ans： 

(1) V  R R

 RV V  DDG

  24.02

4.012

21

2

 

(2) 1   DS  DS    I  R I V   

(3)  DS GGS    I V V V      2  

(4) 代入轉移方程式

01872

1

2

1618

16

1

4

3

4

98

4

1

2

38

4

2181

22

222

2

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 D D D D

 D D D

 D

 P 

GS 

 DSS  D

 I  I  I  I 

 I  I  I  I 

V 

V  I  I 

)(6.104.3   不合或   mAmA I  D    (5) V  I V V V   DS GGS    4.14.3212    

(6) V  R R I V V  S  D D DD DS    2.5)11(4.312)(    

(7)V V V V  GS  P  sat  DS    6.2)4.1()4()(

   

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7

NOTE：1、   DS V    ＞   )( sat  DS V    ，FET在夾止區。 

NOTE：2、若   mA I  D   6.10   =>   V  I V V V   DS GGS    6.86.10212     ，已超

出 VP (=－4V)，表示 OFF ，故   mA I  D   6.10   不合。 

§  7-5 共閘極電路 

例題  7.4：參考下圖之網路已知某 n-ch.JFET參數    V V  P    8   ，   mA I  DSS    10   ， 

試求：（1

）  GS V 

  （2

）  D I 

  （3

）  DS V   

（4

）  )( sat  DS V   

此例題 R S=680Ω，用數學方程式解（1）   GS V    （2）   D I   ，會有很多小數點位數， 

實務上可用圖解法求。 

 NOTE：考試要用數學方程式解。 

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§  7-6 空乏型  MOSFETs (D-MOS)

1、對 N-channel言，與  JFET 轉移曲線之主要差異為，空乏型  MOSFET 允許 正值之 VGS 及  ID 超過  IDSS 。 

2、若將電路中的 JFET換成空乏型MOSFET，分析方法都是相同的。 

例題 4、附圖電路，已知某 D-NMOS參數    V V  P    3   ，   mA I  DSS    6   ，試求： 

（1）   GS V    （2）   D I   （3）   DS V   （4）   )( sat  DS V   

Ans： 

(1) V  R R

 RV V   DDG   5.1

10110

1018

21

2

 

(2) 75.0   DS  DS    I  R I V   

(3)  DS GGS    I V V V    75.05.1    

(4) 代入轉移方程式 

0108443

33610888

3

2

9

2

27

16

1

4

3

4

96

4

1

2

3625.05.16

3

75.05.1161

2

222

2

2

22

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 D D

 D D D D D D D

 D D

 D

 P 

GS 

 DSS  D

 I  I 

 I  I  I  I  I  I  I 

 I  I  I 

V 

V  I  I 

)(55.111.3   不合或   mAmA I  D    

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(5) V  I V V V   DS GGS    825.01.375.05.175.05.1    

(6) V  R R I V V  S  D D DD DS    095.10)75.08.1(1.318)(    

(7) V V V V  GS  P  sat  DS    175.2)825.0()3()(    

NOTE：1、   DS V    ＞   )( sat  DS V    ，FET在夾止區。 

NOTE：2、若   mA I  D   55.11   =>V  I V V V   DS GGS    1625.755.1175.05.175.05.1     ，已超出 VP 

(=－3V)，表示 OFF ，故   mA I  D   55.11   不合。 

圖解法：實務上可用圖解法求。 

 NOTE：考試要用數學方程式解。 

1、建立裝置的轉移曲線 

，轉移方程式，2

1  

  

 

 P 

GS  DSS  D

V 

V  I  I   

①V GS =0V  I  D= I  DSS =6mA 

② I  D=0mA V GS =V  p=-3V 

③V GS =½V  p =½ ×  (-3V)=-1.5V  I  D=¼ I  DSS =¼ ×6mA=1.5mA

④V GS =1V  I  D= 6mA×[1－(1V/-3V)]2 =10.67mA 

連接 ① ② ③ ④點  ，繪製曲線 

2、劃網路偏壓線Ⓐ 偏壓方程式   DS GGS    I V V V    75.05.1    ①  I  D=0mA V GS =1.5V

②  V GS =0V  I  D=2mA

3、交點，即為工作點（靜態點） Ⓒ由Ⓐ與Ⓑ交點  得 靜態點   Q-點  Ⓓ從 Q-點畫  水平線得 I  DQ=3.1mA

垂直線得 V GSQ=-0.8V 

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§  7-7 零偏壓電路 

 NOTE：：空乏型  MOSFET 允許 V GS = 0V  I  D = I  DSS  。 

例題  7.10：對下圖之網路，已知某 D-NMOS參數    V V  P    4  ，   mA I  DSS    10

  ， 

試求：（1）  GS V    （2）

  D I   （3）   DS V   （4）   )( sat  DS V   

Ans： （1）   0

GS V 

 （2）   mA I  I   DSS  D   10  （3）   V  R I V V   D D DD DS    55.11020    

（4）   V V V V  GS  P  sat  DS    40)4()(    

§  7-8 增強型  MOSFET

1、其轉移特性與 JFET 及空乏型  MOSFETs完 全不同。 

2、對 N-channel增強型  MOSFET (E-NMOS)， VGS需為正且要大於 Vt，轉移曲線如下。 

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3、有兩種偏壓方式。 

（一）洩極回授偏壓 

直流分析：找出偏壓方程式代入轉移方程式（即：夾止區的輸出特性方程式） 

1、∵  IG= 0，∴  IG R G = 0=>直流分析時，R G 視為短路。 R G 存在的目的為交流，若無 R G ，交流將由 G極短路到 D極。 

2、偏壓方程式  D D DD DS GS    R I V V V     

3、轉移方程式 

2t GS  D   V V  K  I     

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例題 5、附圖電路，已知某 E-NMOS參數    V V t   2   ，   225.0 V 

mA K     ， 

試求：（1）  GS V    （2）

  D I   （3）   DS V   （4）   )( sat  DS V   

Ans： （1）   D D D DD DS GS    I  R I V V V    212  （2） 

02511

1025

)440100(4

1)210(

4

1

)2212(25.0

2

2

22

22

 D D

 D D

 D D D

 Dt GS  D

 I  I 

 I  I 

 I  I  I 

 I V V  K  I 

 

二次方程式  02   cbxax  

a

acbb x

2

42  

3.25.54

215.5

2

25141111   2

 D I   

)(8.72.3   不合或   mAmA I  D    （3）   V  I  R I V V V   D D D DD DS GS    6.52.3212212    

（4）   V V V V  GS t  sat  DS    6.36.52)(    

NOTE：1、   DS V    ＞   )( sat  DS V    ，FET在夾止區。 

NOTE：2、若   mA I  D   8.7   =>V  I  R I V V V   D D D DD DS GS    6.38.7212212     ，小於  Vt 

(=2V)，表示 OFF ，故   mA I  D   8.7   不合。 

（二）分壓器偏壓:

直流分析：找出偏壓方程式代入轉移方程式 （即：夾止區的輸出特性方程式） 

由網路知  S GGS    V V V     

21

2

 R R

 RV V  DDG

 

S  DS    R I V     

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例題 6、附圖電路，已知某 E-NMOS參數    V V t   2   ，   22.0 V 

mA K     ， 

設 V  DD=30V, R1=100MΩ , R2=50MΩ , R D=3KΩ , RS =2KΩ,

試求：（1）   GS V 

  （2）   D I 

  （3）   DS V   （4）   )( sat  DS V 

 

Ans： 

(1) V  R R

 RV V   DDG   10

50100

5030

21

2

 

(2) 2   DS  DS    I  R I V   

(3)  DS GGS    I V V V    210  

(4) 代入轉移方程式 

064374

)43264(5

1)28(2.0

)2210(2.0

2

22

22

 D D

 D D D

 Dt GS  D

 I  I 

 I  I  I 

 I V V  K  I 

 

32.262.464

34562.4

8

64443737   2

 D I   

)(94.63.2   不合或   mAmA I  D    (5)  V  I V V V   DS GGS    4.53.2210210    

(6) V  R R I V V  S  D D DD DS    5.18)23(3.230)( 

 

(7)  V V V V  GS t  sat  DS    4.34.52)(    

NOTE：1、   DS V    ＞   )( sat  DS V    ，FET在夾止區。 

NOTE：2、若   mA I  D   94.6   =>   V  I V V V   DS GGS    88.394.6210210     ，

小於  Vt (=2V)，表示 OFF ，故   mA I  D   94.6   不合 

對 N-channel增強型  MOSFET (E-NMOS)，VGS需為正且要大於 Vt。 

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§  7-9 摘要表 

FET 直流組態之分析：在求解：（1）  GS V    （2）

  D I   （3）   DS V   （4）   )( sat  DS V   

方法：找出偏壓方程式代入轉移方程式，解得   D I 

  與   GS V 

 

1.  偏壓方程式：  GS V    的方程式，由電路找。 

2.  轉移方程式： 

2t GS  D   V V  K  I      ，或 

2

1  

  

 

 P 

GS 

 DSS  DV 

V  I  I    ，其中

  2

 P 

 DSS 

V 

 I  K     ，   P t    V V    

NOTE：FET做放大器要在夾止區，夾止區條件：   DS V    ＞   )( sat  DS V    。 

3.  DS V    由電路找。 

4. )( sat  DS V    為一公式：   GS t  sat  DS    V V V    )(   ，或   GS  p sat  DS    V V V    )(  

圖解法：實務上可用 

步驟： 1、依據轉移方程式，建立裝置的轉移曲線，若如下之方程式 

2

1  

  

 

 P 

GS 

 DSS  DV 

V  I  I 

 

二次方程式，需要四個座標點： 

①當 VGS＝0V時, ID＝IDSS 

②當 VGS＝VP時, 

ID＝0③當 VGS＝1/2VP時, ID＝1/4IDSS 

④當 VGS≒0.3VP時, ID＝1/2 IDSS 

連接四個座標點可得轉移曲線。 

2、畫出偏壓線：任意取 2個座標點  3、兩條線的交點為此電路之共同解(稱靜態點，或工作點，Q-點 )4、從   Q-點  畫一水平線得  IDQ ，垂直線得 VGSQ 

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§  7-10 組合網路 

包含  BJT 與  FET 裝置之網路。 解題步驟： 1. 研究裝置 2. 找出端點電壓與電流值 

例題  7.12：求下圖網路之  V  D值 與  V C值 Solution：  I G ≅  0A⇒V  RG= 0V(短路)， 且  I S= I  D ，V G ≅V B檢驗  β  R  E=180×1.6kΩ   =288kΩ， 

10 R 2=10×24kΩ   =240kΩ  

β  R  E >> 10 R 2，BJT 分壓器可用近似法解 

V G ≅V B=V  DD ×  R 2 /( R 1+ R 2 ) =16V×24kΩ /(82kΩ +24kΩ ) =3.62V

V  E=V B －V BE=3.62V－0.7V=2.92V

 I  E=V  E  /  R  E=2.92V/ 1.6kΩ =1.825mA

 I C= I S= I  D ≅  I  E=1.825mA

V  D=V  DD － I  D R  D=16V－1.825×  2.7=11.07V

轉移方程式 2

1  

  

 

 P 

GS 

 DSS  DV 

V  I  I   

V C=V G －V GS=3.62V－(－3.66V) =7.28V

3.66V

12mA

1.825mA16V

1

 

  

 

 

 

 

 

 DSS 

 D 

 P  I  I V 

Q 

Q GS V 

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17/18

17

例題  7.13：求下圖網路之  V  D值 

Solution： 1.  先解 I  D  。 

4.2   DS  DGS    I  R I V   

22

222

100

288

10

968

100

36

10

1218

10

618

4

4.2181

 D D D D

 D D

 P 

GS 

 DSS  D

 I  I  I  I 

 I  I 

V 

V  I  I 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

)(6.21020026572

08001060288288960800100

2

22

不合或   mAmA I  I  I 

 I  I  I  I  I 

 D D D

 D D D D D

 

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