5-1模拟电子技术课件.ppt

1、数字电子技术基础教学课件西安工程大学 房晔,5 场效应管放大电路,5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管,5.3 结型场效应管（JFET）,*5.4 砷化镓金属-半导体场效应管,5.5 各种放大器件电路性能比较,5.2 MOSFET放大电路,知识点的教学要求,P沟道,P沟道,P沟道,（耗尽型）,场效应管的分类：,利用电场效应来控制其电流大小的,属于电压控制器件.,5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,5.1.5 MOSFET的主要参数,5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET,5.1.3 P沟道MOSFET,*5.1.4 沟道长度调制效应,5

2、.1.1 N沟道增强型MOSFET,1. 结构（N沟道）,L :沟道长度,W :沟道宽度,tox :绝缘层厚度,通常 W L,剖面图,1. 结构（N沟道）,符号,箭头方向:P(衬底) N(沟道),2. 工作原理,（1）vGS对沟道的控制作用,当vGS=0时,无导电沟道， d、s间加电压时，也无电流产生。,当0vGS VT 时,产生电场，但未形成导电沟道（感生沟道），d、s间加电压后，没有电流产生。,当vGS VT 时,在电场作用下产生导电沟道(电子被吸引到栅极附近的P型硅表面,当vGS达到一定值时,便在P型硅表面型成了N型薄层,称之为反型层,它连通了两个N+区(即漏源之间产生导电沟道),此时d

3、、s间加电压后,将有电流产生。,vGS越大，导电沟道越厚，沟道电阻将越小。,开启电压VT :漏源电压作用下开始导电的栅源电压vGS即为开启电压.,2. 工作原理,（2）vDS对沟道的控制作用,靠近漏极d处的电位升最高,漏极对应PN结反偏越深,耗尽层变厚沟道变薄,当vGS一定（vGS VT ）时，,vDS,iD,沿沟道从源极到漏极的电位梯度,整个沟道呈楔形分布,当vGS一定（vGS VT ）时，,vDS,iD,当vDS增加到使vGD=VT 时，紧靠漏极反型层消失(可理解为vDS增加,使漏极对应PN结反偏压增大,它将抵消vGS产生反型层的作用), 出现预夹断。,2. 工作原理,（2）vDS对沟道的

4、控制作用,在预夹断处：vGD=vGS-vDS =VT,沿沟道从源极到漏极的电位梯度,预夹断后,vDS,夹断区延长,沟道电阻(电阻的增大主要 体现在夹断区电阻增大,沟道电阻此时基本不变),2. 工作原理,（2）vDS对沟道的控制作用,iD-vDS特性曲线的形成?,（3） vDS和vGS同时作用时,3. V-I 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, 截止区 当vGSVT时，导电沟道尚未形成，iD0，为截止工作状态。,给定一个vGS ，就有一条不同的 iD vDS 曲线。 vGS增大，特性曲线上移。,3. V-I 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, 可变

5、电阻区vDS（vGSVT）,由于vDS较小，可近似为,rdso是一个受vGS控制的可变电阻,从特性曲线上看,在可变电阻区 vGS增大,特性曲线斜率增大（ vGS增大, 沟道变厚，电流iD随vDS增长率变大。），rdso减小。,3. V-I 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, 饱和区 （恒流区又称放大区）,是vGS2VT时的iD,V-I 特性：,在饱和区iD基本不随vDS变化,体现恒流特性.,vGS VT ，且vDS（vGSVT）,3. V-I 特性曲线及大信号特性方程,（2）转移特性,在饱和区iD受vDS的影响很小,因此，饱和区内不同vDS下的转移特性基本重合。,给定一

6、个vDS，可对应一条iD vGS曲线.当vDS增至一定值后，特性曲线基本重合。,5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET,1. 结构和工作原理（N沟道）,二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子，即使vGS=0，正离子的作用也和增强型管接入正栅源电压并使vGS VT时相似。,当vGS 0时，由于绝缘层的存在，并不会产生栅极电流iG，只在沟道中感应出更多的负电荷（电子），使沟道变宽。在vDS作用下， iD将更大。,这种N沟道耗尽型MOSFET可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流，这是耗尽型MOSFET的重要特点之一。,当vGS 0时，则使沟道中感应的负电荷减少，沟道变窄，而使漏极电流减小。若vGS

7、的负电压到达某值，以至感应的负电荷消失，耗尽区扩展到整个沟道，沟道全夹断。这时即使有vDS，也不会有漏极电流iD 。,1. 结构和工作原理（N沟道）,2. V-I 特性曲线及大信号特性方程,（N沟道增强型）,夹断电压VP ： 当沟道出现全夹断时,即使有漏源电压,也不会有漏极电流。此时的栅源电压称夹断电压。,零栅压时的 漏极电流,5.1.3 P沟道MOSFET,5.1.5 MOSFET的主要参数,一、直流参数,NMOS增强型,1. 开启电压VT （增强型参数）,2. 夹断电压VP （耗尽型参数）,3. 饱和漏电流IDSS （耗尽型参数）,4. 直流输入电阻RGS （1091015 ）,二、交流参数,1. 输出电阻rds,当不考虑沟道调制效应时，0，rds。若考虑 0， rds一