MOS场效应管 (2)课件

第三章

场效应管模拟电子技术基础1场效应管是利用电场效应来控制电流大小，与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好、噪声低。结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种:引言：2§3.1金属-氧化物-半导体场效应管一、N沟道增强型PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝GSDN沟道增强型1、结构和电路符号32、MOS管的工作原理PNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S间总有一个反接的PN结ID=0对应截止区5PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>VGS(Th)）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子VT称为阈值电压6UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGS7PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VGS(Th)时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。9BVGS=constVDSiDVGS-VGS(TH)

预夹断后，夹断点向源极方向移动，沟道的长度略有减小，相应的沟道电阻略有减小，结果漏极电路稍有增大。103、增强型N沟道MOS管的特性曲线IDUDS0UGS>0输出特性曲线非饱和区饱和区截止区114、关于输出特性曲线的进一步讨论非饱和区当VDS很小时13饱和区ID(VGS）IDGSD14截止区和亚阈区当工作在截止区时，即Vgs<VGS(th)时，沟道未形成，因而ID=0。实际上，Vgs<VGS(th)时，ID不会突变到零。不过其值很小(uA量级)，一般可忽略不计。但是在某些应用场合，为了延长电池寿命，工作电流取得很小，管子进入VGS(th)附近很小的区域内(±100mV)。通常将这个工作区称为亚阈区或弱反型层区，在这个工作区内，ID与VGS之间服从指数规律变化，类似于晶体三极管。

15N沟道耗尽型PNNGSD予埋了导电沟道GSD二、N沟道耗尽型MOS管1、耗尽型MOS管17P沟道耗尽型NPPGSDGSD予埋了导电沟道182、特性曲线：耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0IDUGSVT19三、小信号模型21场效应管举例：例1：已知求：小信号模型的参数解：22场效应管举例：例2：如图所示的电路，求漏极电流，已知解：舍去假定23S源极NPPG(栅极)D漏极N沟道结型场效应管DGSDGS25S源极PNNG(栅极)D漏极P沟道结型场效应管DGSDGS26二、工作原理（以N沟道为例）UDS=0V时NGSDUDS=0UGSNNPPIDPN结反偏，|UGS|越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。1、VDS=0，G、S加负电压：27NGSDUDSUGS=0UGS=0且UDS>0时耗尽区的形状PP越靠近漏端，PN结反压越大ID2、VGS=0，D、S加正电压：29NGSDUDSNNIDPPUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。3、G、S加负电压，D、S加正电压：UGS30NGSDUDSUGS<Vp且UDS较大时UGD<VP时耗尽区的形状PP沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。IDUGS31NGSDUDSUGS<VpUGD=VP时PP漏端的沟道被夹断，称为予夹断。UDS增大则被夹断区向下延伸。IDUGS32NGSDUDSUGS<VpUGD=VP时PP此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。IDUGS33UGS0IDIDSSVP三、特性曲线转移特性曲线一定UDS下的ID-UGS曲线34输出特性曲线UDS0IDIDSSVP饱和漏极电流夹断电压某一VGS下35予夹断曲线UGS=0V-2V-1V-3V-4V-5V可变电阻区夹断区恒流区输出特性曲线IDUDS036非饱和区：是VGS=0时，VGD=VGS(off)的漏极电流当VDS很小时，相当于一个线性电阻37饱和区：截止区和击穿区的特性与mos管的特性相同等效电路与mos的电路相同38P沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线UGS0IDIDSSVP39输出特性曲线P沟道结型场效应管的特性曲线予夹断曲线IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区040四、主要参数：1、夹断电压VP：2、饱和漏极电流IDSS:3、直流输入电阻RGS（DC）：栅压除栅流4、低频跨导gm:5、输出电阻rd:6、最大漏极电流IDM:7、最大耗散功率PDM:8、击穿电压：V（BR）DS、V（BR）GS41结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。42三、各种FET的特性比较及使用注意事项：使用时：

1）一般D、S可以互换2）谨防击穿与三极管比较：

1）场效应管的D、G、D相当于C、B、E2）场效应管是电压控制器件，栅流基本为0。3）场效应管利用多子导电，故受外界影响小。4）场效应管的D、S可互换43一、放大电路：

1、

电路的组成：

N沟道增强型MOS管处于恒流状态的条件是:vDS>vGS-vGS(th)。因此直流电源的设置要满足这个要求。同时由于场效应管是由G—S间的电压来控制iD的，因此输入信号要能控制vGS达到放大的目的。根据上述想法就组成了共源放大电路如图所示。可以看到它与晶体管共射放大电路完全是对应，VGG的作用是确定静态工作点。

第三节、场效应管的应用原理：442、静态工作点的计算

计算电路的静态工作点要先作出原电路的直流通路，如图所示。由于栅源之间是绝缘的，故iG=0，所以VGSQ=VGG利用特性方程可求iD:也可以用图解法在漏极特性中作负载线vDS=VDD-iDRD与vGS=VGG的曲线相交于Q点。从而定出IDQ和VDSQ。45输入电阻Ri很大，近似为栅源间的电阻（>1010Ω），输出电阻Ro≈RD共源放大电路与共射电路形式相似，只是电路的输入电阻要比共射电路的大得多，故在高输入电阻得场合常用场效应管放大电路。

画电路的交流等效电路如右图，这里采用的是MOS管的简化模型，可得：3、交流性能的计算46二、有源电阻漏源短接时，视为有源电阻47直流电阻：交流电阻:48联立求解：调节两管的宽长比，可以得到所要得电压49三、开关输