模电20(场效应管FET)

1、交、直流交、直流放大放大电路电路信号信号运算运算电路电路信号信号处理处理与与产生产生电路电路直流稳压电源直流稳压电源模拟电路的主要内容模拟电路的主要内容Ch. 4、5、6、7、8Ch. 2Ch. 9Ch. 10（分类依据：电路功能，（分类依据：电路功能，输入信号输入信号与与输出信号输出信号之间的关系）之间的关系）基础知识基础知识Ch. 1、3交、直流交、直流放大放大电路电路分立元件分立元件集成器件集成器件场效应管场效应管FET双极结型三极管双极结型三极管BJTCh.6Ch.4集成运算放大电路集成运算放大电路Ch.5功率放大电路功率放大电路其它专门电路其它专门电路Ch.8放大电路中的反馈放大电路

2、中的反馈Ch.75 5 场效应管放大电路场效应管放大电路(另一类三端放大器件)5.1 金属金属-氧化物氧化物-半导体（半导体（MOS）场效应管）场效应管5.3 结型场效应管（结型场效应管（JFET）*5.4 砷化镓金属砷化镓金属-半导体场效应管半导体场效应管5.5 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较5.2 MOSFET放大电路放大电路5.1 金属金属-氧化物氧化物-半导体（半导体（MOS）场效应管）场效应管5.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET5.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET5.1.3 P沟道沟道MOSFET5.1

3、.4 沟道长度调制效应沟道长度调制效应特点：特点：体积小，重量轻，耗电省，寿命长；输入阻抗高，体积小，重量轻，耗电省，寿命长；输入阻抗高，噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，制造工艺噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，制造工艺简单。尤其简单。尤其MOS管在大规模和超大规模集成电管在大规模和超大规模集成电路中占有重要地位。路中占有重要地位。P沟道沟道耗尽型耗尽型P沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道增强型增强型N沟道沟道N沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)耗尽型耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏置电压

4、时，就有导电沟道存在增强型增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道场效应管的分类：场效应管的分类：5.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET1. 结构结构（N沟道）沟道）L ：沟道长度：沟道长度W ：沟道宽度：沟道宽度tox ：绝缘层厚度：绝缘层厚度通常通常 W L 5.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET剖面图1. 结构结构（N沟道）沟道）符号箭头方向：箭头方向：由由P指向指向N虚线：虚线：增强型增强型2. 工作原理工作原理（1）vGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用vGS0： 无导电沟道，无导电沟道， d、s间加电压间加电压时，也无电

5、流产生。时，也无电流产生。0vGS V VT T ）时，）时，vDSDS iD D 沟道电位梯度沟道电位梯度 整个沟道呈整个沟道呈楔形分布楔形分布2. 工作原理工作原理当当vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T ）时，）时，vDSDS iD D 沟道电位梯度沟道电位梯度 当当vDSDS增加到使增加到使vGDGD= =V VT T 时，时，在紧靠漏极处出现预夹断。在紧靠漏极处出现预夹断。在预夹断处：在预夹断处：vGDGD= =vGSGS- -vDS DS = =V VT T2. 工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用预夹断后，预夹断后，vDSDS 夹断区延长夹断区

6、延长沟道电阻沟道电阻 iD D基本不变基本不变2. 工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用 vDSDS一定，一定，vGSGS变化时变化时 给定一个给定一个vGS GS ，就有一条不，就有一条不同的同的 iD D vDS DS 曲线。曲线。2. 工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程const.DSDGS)( vvfi 截止区截止区当当vGSVT时，导电沟道尚时，导电沟道尚未形成，未形成，iD0，为截止工，为截止工作状态。作状态。符号c

7、onst.DSDGS)( vvfi 可变电阻区可变电阻区 vGS VT ， vDS（vGSVT）3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程 )(22DSDSTGSnDvvv VKi由于由于vDS较小，可近似为较小，可近似为DSTGSnD )V(Kivv 2 可变电阻区可变电阻区 vGS VT ， vDS（vGSVT）3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程DSTGSnD )V(Kivv 2 n ：反型层中电子迁移率：反型层中电子迁移率Cox

8、：栅极（与衬底间）氧：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容化层单位面积电容本征电导因子本征电导因子oxnnCK LWCLWKK22oxnnnKn为电导常数，单位：为电导常数，单位：mA/VmA/V2 2const.DSDGS)( vvficonst.DSDGS)( vvfi 可变电阻区可变电阻区 vGS VT ， vDS（vGSVT）3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程DSTGSnD )V(Kivv 2常常数数 GSDDSdsoddvvir)(TGSnVK v21rdso是一个受是一个受vGS控制的可变电阻控制的可

9、变电阻 饱和区饱和区（恒流区又称放大区）（恒流区又称放大区）vGS GS VT ，且，且vDSDS（v vGSGSVT）3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程2)(TGSnDVKi v221)(TGSTn VVKv21)(TGSDO VIv2TnDOVKI 是是vGSGS2 2VT时的时的iD D )(22DSDSTGSnDvvv VKi恒流约等于预夹断点处恒流约等于预夹断点处iD ：const.DSDGS)( vvfi（2）转移特性）转移特性const.GSDDS)( vvfi21)(TGSDOD VIiv3.

10、V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET1. 结构和工作原理简述（结构和工作原理简述（N沟道）沟道）二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子 可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET2. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程 21)(PGSDSSDVIiv 21)(TGSDOD VIiv（N N沟道增强型）沟道增强型）夹断电压夹断电压VP5.1.3 P沟道沟道MOSFETID电流方向电流方向:

11、流出漏极流出漏极增强型管开启电压增强型管开启电压VT 01） |VGS | | VT |时导通时导通2） | VGS | | VT |时截止时截止 正常工作时：正常工作时：VDS 0 如果如果ID以流入漏极为以流入漏极为参考正方向，则参考正方向，则P管特性管特性曲线与曲线与N管特性曲线关于管特性曲线关于原点对称。原点对称。符号符号注：衬底注：衬底B与与S之间零偏或反偏。之间零偏或反偏。BS可连在一起，可连在一起，或或 NMOS可将可将B接电路的最接电路的最低低电位；电位；PMOS可将可将B接电路的最接电路的最高高电位。电位。5.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数一、直流参数一、直流参数N

12、MOSNMOS增强型增强型1. 1. 开启电压开启电压V VT T （增强型参数）（增强型参数）2. 2. 夹断电压夹断电压V VP P （耗尽型参数）（耗尽型参数）3. 3. 饱和漏电流饱和漏电流I IDSSDSS （耗尽型参数）（耗尽型参数）4. 4. 直流输入电阻直流输入电阻R RGSGS （10109 910101515 ）二、交流参数二、交流参数 1. 1. 输出电阻输出电阻r rdsds GSDDSdsVir vD12TGSnds1)(iVKr v当不考虑沟道调制效应时，当不考虑沟道调制效应时， 0 0，rdsds 5.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数三、极限参数三、极限参

13、数 1. 1. 最大漏极电流最大漏极电流I IDMDM 2. 2. 最大耗散功率最大耗散功率P PDMDM 3. 3. 最大漏源电压最大漏源电压V V（BRBR）DSDS 4. 4. 最大栅源电压最大栅源电压V V（BRBR）GSGS 5.3 结型场效应管结型场效应管 5.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 5.3.3 JFET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法 5.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理1. 结构结构 2. 工作原理工作原理 vGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当vGS0时时（

14、以（以N沟道沟道JFET为例）为例） 当沟道夹断时，对应的当沟道夹断时，对应的栅源电压栅源电压vGS称为称为夹断电压夹断电压VP （ 或或VGS(off) ）。）。对于对于N沟道的沟道的JFET，VP 0。PN结反偏结反偏耗尽层加厚耗尽层加厚沟道变窄。沟道变窄。 vGS继续减小，沟道继续减小，沟道继续变窄。继续变窄。 vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当vGS=0时，时， vDS iD g、d间间PN结的反向结的反向电压增加，使靠近漏极电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形变窄，从上至下呈楔形分布。分布。 当当vDS增加到使增加到使vGD=VP

15、时，在紧靠漏时，在紧靠漏极处出现预夹断。极处出现预夹断。此时此时vDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 iD基本不变基本不变2. 工作原理工作原理（以（以N沟道沟道JFET为例）为例） vGS和和vDS同时作用时同时作用时当当VP vGS0 时，导电沟道更容易夹断，时，导电沟道更容易夹断，对于同样的对于同样的vDS ， iD的值比的值比vGS=0时的值要小。时的值要小。在预夹断处在预夹断处vGD=vGS-vDS =VP 2. 工作原理工作原理（以（以N沟道沟道JFET为例）为例）5.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数const.DSDGS)( vvfi2. 转移特性转移特性 const.GSDDS)( vvfi1. 输出特性输出特性 2PGSDSSD)1(VIiv (VPvGS0)FET总结总结 沟道中只有一种类型的多数载