第9讲-场效应管及其放大电路(2-6)课件

第九讲场效应管及其放大电路一、场效应管二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法三、场效应管放大电路的动态分析四、复合管第九讲场效应管及其放大电路一、场效应管二、场效应管放大电路1.4场效应三极管只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。场效应管分类结型场效应管绝缘栅场效应管特点单极型器件(一种载流子导电)；输入电阻高；工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。1.4场效应三极管只有一种载流子参与导电，且利用电场效DSGN符号1.4.1结型场效应管一、结构图1.4.1N沟道结型场效应管结构图N型沟道N型硅棒栅极源极漏极P+P+P型区耗尽层(PN结)在漏极和源极之间加上一个正向电压，N型半导体中多数载流子电子可以导电。导电沟道是N型的，称N沟道结型场效应管。DSGN符号1.4.1结型场效应管一、结构图1.4.1P沟道场效应管图1.4.2P沟道结型场效应管结构图N+N+P型沟道GSDP沟道场效应管是在P型硅棒的两侧做成高掺杂的N型区(N+)，导电沟道为P型，多数载流子为空穴。符号GDSP沟道场效应管图1.4.2P沟道结型场效应管结构图N二、工作原理

N沟道结型场效应管用改变UGS大小来控制漏极电流ID的。GDSNN型沟道栅极源极漏极P+P+耗尽层*在栅极和源极之间加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道宽度减小，使沟道本身的电阻值增大，漏极电流ID减小，反之，漏极ID电流将增加。

*耗尽层的宽度改变主要在沟道区。二、工作原理N沟道结型场效应管用改变UG1.设UDS=0，在栅源之间加负电源VGG，改变VGG大小。观察耗尽层的变化。ID=0GDSN型沟道P+P+

(a)

UGS=0UGS=0时，耗尽层比较窄，导电沟比较宽UGS由零逐渐增大，耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。当UGS=UGS(off)，耗尽层合拢，导电沟被夹断，夹断电压UGS(off)

为负值。ID=0GDSP+P+N型沟道

(b)

UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)

UGS=UPVGG1.设UDS=0，在栅源之间加负电源VGG，改2.在漏源极间加正向VDD，使UDS>0，在栅源间加负电源VGG，观察UGS变化时耗尽层和漏极ID。UGS=0，UDG<，ID较大。GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0，UDG<，ID较小。GDSNISIDP+P+VDD注意：当UDS>0时，耗尽层呈现楔形。(a)(b)2.在漏源极间加正向VDD，使UDS>0，在栅GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0,UDG=|UGS(off)|,ID更小,预夹断UGS≤UGS(off),UDG>|UGS(off)|,ID0,夹断GDSISIDP+VDDVGGP+P+(1)改变UGS，改变了PN结中电场，控制了ID，故称场效应管或电压控控元件；(2)结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使PN反偏，栅极基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。(c)(d)GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0,UD三、特性曲线1.转移特性(N沟道结型场效应管为例)O

UGSIDIDSSUGS（off）图1.4.6转移特性UGS=0，ID最大；UGS愈负，ID愈小；UGS=UP，ID0。两个重要参数饱和漏极电流IDSS(UGS=0时的ID)夹断电压UGS（off)(ID=0时的UGS)UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS图1.4.5特性曲线测试电路+mA三、特性曲线1.转移特性(N沟道结型场效应管为例)O1.转移特性OuGS/VID/mAIDSSUP图1.4.6转移特性2.漏极特性当栅源之间的电压UGS不变时，漏极电流ID与漏源之间电压UDS的关系，即结型场效应管转移特性曲线的近似公式：≤≤1.转移特性OuGS/VID/mAIDSSUP图1.IDSS/VID/mAUDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7预夹断轨迹恒流区击穿区可变电阻区漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和击穿区。2.漏极特性UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS图1.4.5特性曲线测试电路+mA图1.4.6(b)漏极特性IDSS/VID/mAUDS/VOUGS=0V-1-场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可根据漏极特性用作图的方法得到相应的转移特性。UDS=常数ID/mA0-0.5-1-1.5UGS/VUDS=15V5ID/mAUDS/V0UGS=0-0.4V-0.8V-1.2V-1.6V1015200.40.5结型场效应管栅极基本不取电流，其输入电阻很高，可达107以上。如希望得到更高的输入电阻，可采用绝缘栅场效应管。图1.4.7在漏极特性上用作图法求转移特性场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可根据漏极特性用作图1.4.2绝缘栅型场效应管由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称MOS场效应管。特点：输入电阻可达109以上。类型N沟道P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型UGS=0时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；UGS=0时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。1.4.2绝缘栅型场效应管由金属、氧化物和一、N沟道增强型MOS场效应管1.结构P型衬底N+N+BGSDSiO2源极S漏极D衬底引线B栅极G图1.4.8N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图一、N沟道增强型MOS场效应管1.结构P型衬底N+2.工作原理绝缘栅场效应管利用UGS来控制“感应电荷”的多少，改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，以控制漏极电流ID。工作原理分析(1)UGS=0漏源之间相当于两个背靠背的PN结，无论漏源之间加何种极性电压，总是不导电。SBD图1.4.92.工作原理绝缘栅场效应管利用UGS(2)

UDS=0，0<UGS<UTP型衬底N+N+BGSDP型衬底中的电子被吸引靠近SiO2与空穴复合，产生由负离子组成的耗尽层。增大UGS耗尽层变宽。VGG---------(3)

UDS=0，UGS≥UGS(th)由于吸引了足够多的电子，会在耗尽层和SiO2之间形成可移动的表面电荷层——---N型沟道反型层、N型导电沟道。UGS升高，N沟道变宽。因为UDS=0，所以ID=0。UGS(th)为开始形成反型层所需的UGS，称开启电压。(2)UDS=0，0<UGS<UTP型衬底N(4)

UDS对导电沟道的影响(UGS>UT)导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流ID。b.UDS=UGS–UGS(th)，

UGD=UGS(th)靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。c.UDS>UGS–UGS(th)，

UGD<UGS(th)由于夹断区的沟道电阻很大，UDS逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，ID因而基本不变。a.UDS<UGS–UGS(th)，即UGD=UGS–UDS>UGS(th)P型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区(4)UDS对导电沟道的影响(UGS>UT)导DP型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区图1.4.11UDS对导电沟道的影响(a)

UGD>UGS(th)(b)

UGD=UGS(th)(c)

UGD<UGS(th)DP型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底N+N+BGSD3.特性曲线(a)转移特性(b)漏极特性ID/mAUDS/VO预夹断轨迹恒流区击穿区可变电阻区UGS<UGS(th)，ID=0；UGS

≥

UGS(th)，形成导电沟道，随着UGS的增加，ID

逐渐增大。(当UGS>UGS(th)时)三个区：可变电阻区、恒流区(或饱和区)、击穿区。UT2UTIDOUGS/VID/mAO图1.4.12(a)图1.4.12(b)3.特性曲线(a)转移特性(b)漏极特性ID/mAUDS二、N沟道耗尽型MOS场效应管P型衬底N+N+BGSD++++++制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子，这些正离子电场在P型衬底中“感应”负电荷，形成“反型层”。即使UGS=0也会形成N型导电沟道。++++++++++++UGS=0，UDS>0，产生较大的漏极电流；UGS<0，绝缘层中正离子感应的负电荷减少，导电沟道变窄，ID减小；UGS=-UGS(off),感应电荷被“耗尽”，ID

0。UGS(off)称为夹断电压图1.4.13二、N沟道耗尽型MOS场效应管P型衬底N+N+BGSDN沟道耗尽型MOS管特性工作条件：UDS>0；UGS正、负、零均可。ID/mAUGS/VOUP(a)转移特性IDSS图1.4.15MOS管的符号SGDBSGDB(b)漏极特性ID/mAUDS/VO+1VUGS=0-3V-1V-2V43215101520图1.4.14特性曲线N沟道耗尽型MOS管特性工作条件：ID/mAUGS/1.4.3场效应管的主要参数一、直流参数饱和漏极电流IDSS2.夹断电压UGS(off)3.开启电压UGS(th)4.直流输入电阻RGS为耗尽型场效应管的一个重要参数。为增强型场效应管的一个重要参数。为耗尽型场效应管的一个重要参数。输入电阻很高。结型场效应管一般在107以上，绝缘栅场效应管更高，一般大于109。1.4.3场效应管的主要参数一、直流参数饱和漏极电流ID二、交流参数1.低频跨导gm2.极间电容用以描述栅源之间的电压UGS对漏极电流ID的控制作用。单位：ID毫安(mA)；UGS伏(V)；gm毫西门子(mS)这是场效应管三个电极之间的等效电容，包括CGS、CGD、CDS。

极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。一般为几个皮法。二、交流参数1.低频跨导gm2.极间电容三、极限参数1.漏极最大允许耗散功率PDM2.漏源击穿电压U(BR)DS3.栅源击穿电压U(BR)GS由场效应管允许的温升决定。漏极耗散功率转化为热能使管子的温度升高。当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的UDS。场效应管工作时，栅源间PN结处于反偏状态，若UGS>U(BR)GS，PN将被击穿，这种击穿与电容击穿的情况类似，属于破坏性击穿。三、极限参数1.漏极最大允许耗散功率PDM2.漏源击穿3.各类场效应管工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？uGS＞0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？uGS＜0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？3.各类场效应管工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性种类符号转移特性漏极特性

结型N沟道耗尽型

结型P沟道耗尽型

绝缘栅型N沟道增强型SGDSGDIDUGS=0V+UDS++oSGDBUGSIDOUT表1-2各类场效应管的符号和特性曲线+UGS=UTUDSID+++OIDUGS=0V---UDSOUGSIDUPIDSSOUGSID/mAUPIDSSO种类符号转移特性漏极特性结型耗尽型结型耗尽型绝缘增种类符号转移特性漏极特性绝缘栅型N沟道耗尽型绝缘栅型P沟道增强型耗尽型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_IDUGS=UTUDS_o_UGS=0V+_IDUDSo+种类符号转移特性漏极特性绝缘耗尽型增强型耗尽型IDSGD双极型和场效应型三级管的比较双极型和场效应型三级管的比较双极型和场效应型三级管的比较双极型和场效应型三级管的比较二、场效应管放大电路场效应管的特点：1.场效应管是电压控制元件；2.栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；3.一种极性的载流子导电，噪声小，受外界温度及辐射影响小；4.制造工艺简单，有利于大规模集成；5.存放管子应将栅源极短路，焊接时烙铁外壳应接地良好，防止漏电击穿管子；6.跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。二、场效应管放大电路场效应管的特点：1.场效应管是电压控制1）基本共源极放大电路图2.7.3共源极放大电路原理电路VDD+uOiDVT~+uIVGGRGSDGRD与双极型三极管对应关系bG,eS,cD为了使场效应管工作在恒流区实现放大作用，应满足：图示电路为N沟道增强型MOS

场效应管组成的放大电路。(UT：开启电压)二、场效应管静态工作点的设置方法1）基本共源极放大电路图2.7.3共源极放大电路原理电路一、静态分析VDD+uOiDVT~+uIVGGRGSDGRD图2.7.3共源极放大电路原理电路两种方法近似估算法图解法(一)近似估算法MOS管栅极电流为零，当uI=0时UGSQ=VGG而iD与uGS之间近似满足(当uGS>UT)式中IDO为uGS=2UT时的值。则静态漏极电流为一、静态分析VDD+iDVT~+uIVGGRGSDGRD图

(二)图解法图2.7.4用图解法分析共源极放大电路的Q点VDDIDQUDSQQ利用式uDS=VDD

-

iDRD画出直流负载线。图中IDQ、UDSQ即为静态值。(二)图解法图2.7.4用图解法分析共源极放大电路的2.自给偏压电路由正电源获得负偏压称为自给偏压哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？+VDDuOuIRgRdRsRL2.自给偏压电路由正电源获得负偏压哪种场效应管能够采用这3分压—自偏压式共源放大电路一、静态分析(一)近似估算法根据输入回路列方程图2.7.7分压-自偏式共源放大电路+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+++解联立方程求出UGSQ和IDQ。3分压—自偏压式共源放大电路一、静态分析(一)近似估算法根+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+++图2.7.7分压-自偏式共源放大电路列输出回路方程求UDSQUDSQ=VDD–IDQ(RD+RS)(二)图解法由式可做出一条直线，另外，iD与uGS之间满足转移特性曲线的规律，二者之间交点为静态工作点。确定UGSQ，IDQ。+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+根据漏极回路方程在漏极特性曲线上做直流负载线，与uGS=UGSQ的交点确定Q，由Q确定UDSQ和IDQ值。UDSQuDS=VDD–iD(RD+RS)3uDS/ViD/mA012152V105uGS4.5V4V3.5VUGSQ3VVDDQIDQuGS/ViD/mAO24612QIDQUGSQUGQ图2.7.8用图解法分析图2.7.7电路的Q点根据漏极回路方程在漏极特性曲线上做直流负载线，与uG二、动态分析iD的全微分为上式中定义：——场效应管的跨导(毫西门子mS)。——场效应管漏源之间等效电阻。1.微变等效电路二、动态分析iD的全微分为上式中定义：——场效应管的跨导二、动态分析如果输入正弦信号，则可用相量代替上式中的变量。成为：根据上式做等效电路如图所示。图2.7.5场效应管的微变等效电路++——GDS由于没有栅极电流，所以栅源是悬空的。二、动态分析如果输入正弦信号，则可用相量代替上式中的变量。成微变参数gm和rDS

(1)根据定义通过在特性曲线上作图方法中求得。(2)用求导的方法计算gm在Q点附近，可用IDQ表示上式中iD，则一般gm约为0.1至20mS。rDS为几百千欧的数量级。当RD比rDS小得多时，可认为等效电路的rDS开路。微变参数gm和rDS(1)根据定义2.共源极放大电路的动态性能VDD+uOiDVT~+uIVGGRGSDGRD图2.7.6共源极放大电路的微变等效电路将rDS开路而所以输出电阻Ro=RDMOS管输入电阻高达109

。-D++-GSRG+-2.共源极放大电路的动态性能VDD+iDVT~+uIVG二、分压式共源放大电路动态分析微变等效电路入右图所示。图2.7.9图2.7.7电路的微变等效电路—D++—GS+—由图可知电压放大倍数输入、输出电阻分别为二、分压式共源放大电路动态分析微变等效电路入右图所示。图2.7.4共漏极放大电路——源极输出器或源极跟随器图2.7.10源极输出器典型电路如右图所示。+VT+SDGR2VDD+RLRSR1C1C2++RG静态分析如下：分析方法与“分压-自偏压式共源电路”类似，可采用估算法和图解法。2.7.4共漏极放大电路——源极输出器或源极跟随器图2.动态分析1.电压放大倍数图2.7.11微变等效电路—D++-GS+—而所以2.输入电阻Ri=RG+(R1//R2)动态分析1.电压放大倍数图2.7.11微变等效电路—D3.输出电阻图2.7.11微变等效电路—D++-GS~在电路中，外加，令，并使RL开路因输入端短路，故则所以实际工作中经常使用的是共源、共漏组态。3.输出电阻图2.7.11微变等效电路—D++-GS~3.基本共漏放大电路的动态分析若Rs=3kΩ，gm=2mS，则gmUgsUgsRgUoUiRs+VDDRguouiRsVGG3.基本共漏放大电路的动态分析若Rs=3kΩ，gm=2m基本共漏放大电路输出电阻的分析若Rs=3kΩ，gm=2mS，则Ro=?R’sgmUgs+Ugs

–RgUoRs基本共漏放大电路输出电阻的分析若Rs=3kΩ，gm=2mS，四、复合管复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。

不同类型的管子复合后，其类型决定于T1管。目的：增大β，减小前级驱动电流，改变管子的类型。四、复合管复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。讨论一

判断下列各图是否能组成复合管

在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。讨论一

判断下列各图是否能组成复合管在合适的外加电压下Ri=?Ro=?讨论二清华大学华成英hchya@Ri=?Ro=?讨论二清华大学华成英hchya第九讲场效应管及其放大电路一、场效应管二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法三、场效应管放大电路的动态分析四、复合管第九讲场效应管及其放大电路一、场效应管二、场效应管放大电路1.4场效应三极管只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。场效应管分类结型场效应管绝缘栅场效应管特点单极型器件(一种载流子导电)；输入电阻高；工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。1.4场效应三极管只有一种载流子参与导电，且利用电场效DSGN符号1.4.1结型场效应管一、结构图1.4.1N沟道结型场效应管结构图N型沟道N型硅棒栅极源极漏极P+P+P型区耗尽层(PN结)在漏极和源极之间加上一个正向电压，N型半导体中多数载流子电子可以导电。导电沟道是N型的，称N沟道结型场效应管。DSGN符号1.4.1结型场效应管一、结构图1.4.1P沟道场效应管图1.4.2P沟道结型场效应管结构图N+N+P型沟道GSDP沟道场效应管是在P型硅棒的两侧做成高掺杂的N型区(N+)，导电沟道为P型，多数载流子为空穴。符号GDSP沟道场效应管图1.4.2P沟道结型场效应管结构图N二、工作原理

N沟道结型场效应管用改变UGS大小来控制漏极电流ID的。GDSNN型沟道栅极源极漏极P+P+耗尽层*在栅极和源极之间加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道宽度减小，使沟道本身的电阻值增大，漏极电流ID减小，反之，漏极ID电流将增加。

*耗尽层的宽度改变主要在沟道区。二、工作原理N沟道结型场效应管用改变UG1.设UDS=0，在栅源之间加负电源VGG，改变VGG大小。观察耗尽层的变化。ID=0GDSN型沟道P+P+

(a)

UGS=0UGS=0时，耗尽层比较窄，导电沟比较宽UGS由零逐渐增大，耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。当UGS=UGS(off)，耗尽层合拢，导电沟被夹断，夹断电压UGS(off)

为负值。ID=0GDSP+P+N型沟道

(b)

UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)

UGS=UPVGG1.设UDS=0，在栅源之间加负电源VGG，改2.在漏源极间加正向VDD，使UDS>0，在栅源间加负电源VGG，观察UGS变化时耗尽层和漏极ID。UGS=0，UDG<，ID较大。GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0，UDG<，ID较小。GDSNISIDP+P+VDD注意：当UDS>0时，耗尽层呈现楔形。(a)(b)2.在漏源极间加正向VDD，使UDS>0，在栅GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0,UDG=|UGS(off)|,ID更小,预夹断UGS≤UGS(off),UDG>|UGS(off)|,ID0,夹断GDSISIDP+VDDVGGP+P+(1)改变UGS，改变了PN结中电场，控制了ID，故称场效应管或电压控控元件；(2)结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使PN反偏，栅极基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。(c)(d)GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0,UD三、特性曲线1.转移特性(N沟道结型场效应管为例)O

UGSIDIDSSUGS（off）图1.4.6转移特性UGS=0，ID最大；UGS愈负，ID愈小；UGS=UP，ID0。两个重要参数饱和漏极电流IDSS(UGS=0时的ID)夹断电压UGS（off)(ID=0时的UGS)UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS图1.4.5特性曲线测试电路+mA三、特性曲线1.转移特性(N沟道结型场效应管为例)O1.转移特性OuGS/VID/mAIDSSUP图1.4.6转移特性2.漏极特性当栅源之间的电压UGS不变时，漏极电流ID与漏源之间电压UDS的关系，即结型场效应管转移特性曲线的近似公式：≤≤1.转移特性OuGS/VID/mAIDSSUP图1.IDSS/VID/mAUDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7预夹断轨迹恒流区击穿区可变电阻区漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和击穿区。2.漏极特性UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS图1.4.5特性曲线测试电路+mA图1.4.6(b)漏极特性IDSS/VID/mAUDS/VOUGS=0V-1-场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可根据漏极特性用作图的方法得到相应的转移特性。UDS=常数ID/mA0-0.5-1-1.5UGS/VUDS=15V5ID/mAUDS/V0UGS=0-0.4V-0.8V-1.2V-1.6V1015200.40.5结型场效应管栅极基本不取电流，其输入电阻很高，可达107以上。如希望得到更高的输入电阻，可采用绝缘栅场效应管。图1.4.7在漏极特性上用作图法求转移特性场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可根据漏极特性用作图1.4.2绝缘栅型场效应管由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称MOS场效应管。特点：输入电阻可达109以上。类型N沟道P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型UGS=0时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；UGS=0时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。1.4.2绝缘栅型场效应管由金属、氧化物和一、N沟道增强型MOS场效应管1.结构P型衬底N+N+BGSDSiO2源极S漏极D衬底引线B栅极G图1.4.8N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图一、N沟道增强型MOS场效应管1.结构P型衬底N+2.工作原理绝缘栅场效应管利用UGS来控制“感应电荷”的多少，改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，以控制漏极电流ID。工作原理分析(1)UGS=0漏源之间相当于两个背靠背的PN结，无论漏源之间加何种极性电压，总是不导电。SBD图1.4.92.工作原理绝缘栅场效应管利用UGS(2)

UDS=0，0<UGS<UTP型衬底N+N+BGSDP型衬底中的电子被吸引靠近SiO2与空穴复合，产生由负离子组成的耗尽层。增大UGS耗尽层变宽。VGG---------(3)

UDS=0，UGS≥UGS(th)由于吸引了足够多的电子，会在耗尽层和SiO2之间形成可移动的表面电荷层——---N型沟道反型层、N型导电沟道。UGS升高，N沟道变宽。因为UDS=0，所以ID=0。UGS(th)为开始形成反型层所需的UGS，称开启电压。(2)UDS=0，0<UGS<UTP型衬底N(4)

UDS对导电沟道的影响(UGS>UT)导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流ID。b.UDS=UGS–UGS(th)，

UGD=UGS(th)靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。c.UDS>UGS–UGS(th)，

UGD<UGS(th)由于夹断区的沟道电阻很大，UDS逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，ID因而基本不变。a.UDS<UGS–UGS(th)，即UGD=UGS–UDS>UGS(th)P型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区(4)UDS对导电沟道的影响(UGS>UT)导DP型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区图1.4.11UDS对导电沟道的影响(a)

UGD>UGS(th)(b)

UGD=UGS(th)(c)

UGD<UGS(th)DP型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底N+N+BGSD3.特性曲线(a)转移特性(b)漏极特性ID/mAUDS/VO预夹断轨迹恒流区击穿区可变电阻区UGS<UGS(th)，ID=0；UGS

≥

UGS(th)，形成导电沟道，随着UGS的增加，ID

逐渐增大。(当UGS>UGS(th)时)三个区：可变电阻区、恒流区(或饱和区)、击穿区。UT2UTIDOUGS/VID/mAO图1.4.12(a)图1.4.12(b)3.特性曲线(a)转移特性(b)漏极特性ID/mAUDS二、N沟道耗尽型MOS场效应管P型衬底N+N+BGSD++++++制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子，这些正离子电场在P型衬底中“感应”负电荷，形成“反型层”。即使UGS=0也会形成N型导电沟道。++++++++++++UGS=0，UDS>0，产生较大的漏极电流；UGS<0，绝缘层中正离子感应的负电荷减少，导电沟道变窄，ID减小；UGS=-UGS(off),感应电荷被“耗尽”，ID

0。UGS(off)称为夹断电压图1.4.13二、N沟道耗尽型MOS场效应管P型衬底N+N+BGSDN沟道耗尽型MOS管特性工作条件：UDS>0；UGS正、负、零均可。ID/mAUGS/VOUP(a)转移特性IDSS图1.4.15MOS管的符号SGDBSGDB(b)漏极特性ID/mAUDS/VO+1VUGS=0-3V-1V-2V43215101520图1.4.14特性曲线N沟道耗尽型MOS管特性工作条件：ID/mAUGS/1.4.3场效应管的主要参数一、直流参数饱和漏极电流IDSS2.夹断电压UGS(off)3.开启电压UGS(th)4.直流输入电阻RGS为耗尽型场效应管的一个重要参数。为增强型场效应管的一个重要参数。为耗尽型场效应管的一个重要参数。输入电阻很高。结型场效应管一般在107以上，绝缘栅场效应管更高，一般大于109。1.4.3场效应管的主要参数一、直流参数饱和漏极电流ID二、交流参数1.低频跨导gm2.极间电容用以描述栅源之间的电压UGS对漏极电流ID的控制作用。单位：ID毫安(mA)；UGS伏(V)；gm毫西门子(mS)这是场效应管三个电极之间的等效电容，包括CGS、CGD、CDS。

极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。一般为几个皮法。二、交流参数1.低频跨导gm2.极间电容三、极限参数1.漏极最大允许耗散功率PDM2.漏源击穿电压U(BR)DS3.栅源击穿电压U(BR)GS由场效应管允许的温升决定。漏极耗散功率转化为热能使管子的温度升高。当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的UDS。场效应管工作时，栅源间PN结处于反偏状态，若UGS>U(BR)GS，PN将被击穿，这种击穿与电容击穿的情况类似，属于破坏性击穿。三、极限参数1.漏极最大允许耗散功率PDM2.漏源击穿3.各类场效应管工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？uGS＞0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？uGS＜0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？3.各类场效应管工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性种类符号转移特性漏极特性

结型N沟道耗尽型

结型P沟道耗尽型

绝缘栅型N沟道增强型SGDSGDIDUGS=0V+UDS++oSGDBUGSIDOUT表1-2各类场效应管的符号和特性曲线+UGS=UTUDSID+++OIDUGS=0V---UDSOUGSIDUPIDSSOUGSID/mAUPIDSSO种类符号转移特性漏极特性结型耗尽型结型耗尽型绝缘增种类符号转移特性漏极特性绝缘栅型N沟道耗尽型绝缘栅型P沟道增强型耗尽型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_IDUGS=UTUDS_o_UGS=0V+_IDUDSo+种类符号转移特性漏极特性绝缘耗尽型增强型耗尽型IDSGD双极型和场效应型三级管的比较双极型和场效应型三级管的比较双极型和场效应型三级管的比较双极型和场效应型三级管的比较二、场效应管放大电路场效应管的特点：1.场效应管是电压控制元件；2.栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；3.一种极性的载流子导电，噪声小，受外界温度及辐射影响小；4.制造工艺简单，有利于大规模集成；5.存放管子应将栅源极短路，焊接时烙铁外壳应接地良好，防止漏电击穿管子；6.跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。二、场效应管放大电路场效应管的特点：1.场效应管是电压控制1）基本共源极放大电路图2.7.3共源极放大电路原理电路VDD+uOiDVT~+uIVGGRGSDGRD与双极型三极管对应关系bG,eS,cD为了使场效应管工作在恒流区实现放大作用，应满足：图示电路为N沟道增强型MOS

场效应管组成的放大电路。(UT：开启电压)二、场效应管静态工作点的设置方法1）基本共源极放大电路图2.7.3共源极放大电路原理电路一、静态分析VDD+uOiDVT~+uIVGGRGSDGRD图2.7.3共源极放大电路原理电路两种方法近似估算法图解法(一)近似估算法MOS管栅极电流为零，当uI=0时UGSQ=VGG而iD与uGS之间近似满足(当uGS>UT)式中IDO为uGS=2UT时的值。则静态漏极电流为一、静态分析VDD+iDVT~+uIVGGRGSDGRD图

(二)图解法图2.7.4用图解法分析共源极放大电路的Q点VDDIDQUDSQQ利用式uDS=VDD

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iDRD画出直流负载线。图中IDQ、UDSQ即为静态值。(二)图解法图2.7.4用图解法分析共源极放大电路的2.自给偏压电路由正电源获得负偏压称为自给偏压哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？+VDDuOuIRgRdRsRL2.自给偏压电路由正电源获得负偏压哪种场效应管能够采用这3分压—自偏压式共源放大电路一、静态分析(一)近似估算法根据输入回路列方程图2.7.7分压-自偏式共源放大电路+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+++解联立方程求出UGSQ和IDQ。3分压—自偏压式共源放大电路一、静态分析(一)近似估算法根+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+++图2.7.7分压-自偏式共源放大电路列输出回路方程求UDSQUDSQ=VDD–IDQ(RD+RS)(二)图解法由式可做出一条直线，另外，iD与uGS之间满足转移特性曲线的规律，二者之间交点为静态工作点。确定UGSQ，IDQ。+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+根据漏极回路方程在漏极特性曲线上做直流负载线