1、場效應管的分類FET場效應管MOSFET(IGFET)絕緣柵型JFET結型增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道(耗盡型)P溝道N溝道耗盡型：場效應管沒有加偏置電壓時，就有導電溝道存在增強型：場效應管沒有加偏置電壓時，沒有導電溝道存在5.1 5.1 金屬氧化物半導體（MOS）場效應管5.1.1 5.1.1 N溝道增強型MOSFET5.1.2 5.1.2 N溝道耗盡型MOSFET5.1.3 5.1.3 P溝道MOSFET5.1.45.1.4 溝道長度調制效應5.1.55.1.5 MOSFET的主要參數5.1.1 5.1.1 N溝道增強型MOSFET1、結構、結構（N溝道）漏極漏極d源極源極s s柵

2、極柵極g g溝道溝道L：溝道長度LWW：溝道寬度通常 WLoxt：絕緣層厚度oxt剖面圖電路符號1、結構、結構（N溝道）2、工作原理、工作原理（1） 對溝道的控制作用GSV當 時，0GSVd、s間加電壓時，無電流產生無導電溝道當 時，0GSV產生電場當 時GSTVV未形成導電溝道（感生溝道），d、s間加電壓后，沒有電流產生。當 時GSTVV 在電場作用下產生導電溝道，d、s間加電壓后，將有電流產生。稱為開啟電壓TVGSV越大，導電溝道越厚導電溝道相當于電阻將DS連接起來，GSV越大此電阻越小。（2） 對溝道的控制作用DSV當 一定（ ）時，GSVGSTVVDSV靠近漏極d處的電位升高電場強度減

3、小溝道變薄問題：電流 是否會隨著 的增加線性增長？DIDSV整個溝道呈楔形分布溝道電位梯度DI 當 增加到使 時，在緊靠漏極處出現預夾斷。DSVGDTVV 在預夾斷處： 預夾斷后，GDGSDSTVVVVDSV夾斷區(qū)延長 溝道電阻 基本不變。DI（3） 和 同時作用DSVGSV 一定， 變化時，DSVGSVGSVDDSiv給定一個 ，就有一條不同的 曲線。以上分析可知 溝道中只有一種載流子參與導電，所以場效應管也稱為單級 型三極管。 MOSFET的柵極是絕緣的，所以 ，輸入電阻很高。0Gi MOSFET是電壓控制電流器件（VCCS）， 受 控制。DiGSv 只有當 時，增強型MOSFET的d、s

4、間才能導通。GSTVV 預夾斷前 與 呈近似線性關系；夾斷后， 趨于飽和。DiDSvDiMOSFET與BJT有什么不同？（1）MOSFET只有一種載流子參與導電，而BJT有兩種載 流子參與導電（2）MOSFET比BJT輸入電阻大（3）MOSFET是VCCS,BJT是CCCS3、VI特性曲線及大信號特性方程特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程()|GSDDSvconstif v截止區(qū) 當 時，導電溝道尚未形成， 為截止工作狀態(tài)。GSTvV0Di無導電溝道可變電阻區(qū)()D SG STvvV22()DnGSTDSDSiKvVvv其中22nnoxnKCWWKLLn：為反型層中電子遷移

5、率oxC：柵極氧化層單位面積電容no xKC 本征電導因子nK為電導常數，單位：2m A V有導電溝道且溝道未被夾斷由于 較小，可近似為DSv2()DnG STD SiKvVvGSDSdsovconstDdvrdi是一個受 控制的可變電阻。dsorG Sv12()nGSTKvV飽和區(qū)(恒流區(qū)又稱為放大區(qū))()DSGSTvvVG STvV，且問題：此時場效應管的VI特性 方程是怎樣的？VI特性： 2DOnTIKV是 時的 2GSTvVDi導電溝道被夾斷后2()DnGSTDSiK vV v（2）轉移特性()|DSDGSvconstif v(1)GSDDOTviIV問題：為什么不考慮輸入特性？ABC

6、DEF5.1.2 5.1.2 N溝道耗盡型MOSFET1、結構(N溝道)二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子當 時，溝道變寬0GSv 當 時，溝道變窄0GSv 當 時，溝道被夾斷GSPvV0,0DGii結論：可以在正或負的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流2 工作原理（N溝道）pV稱為夾斷電壓2、VI特性曲線及大信號特性方程2(1)GSDDOTviIV（N溝道增強型）為零柵壓的漏極電流，稱為飽和漏極電流DSSIDSSI2(1)GSDDSSPviIV（N溝道耗盡型）5.1.3 5.1.3 P溝道MOSFET 襯底是什么類型的半導體材料？ 哪個符號是增強型的？ 在增強型的P溝道MOSFET中， 應加什么

7、極性的 電壓才能工作在飽和區(qū)（線性放大區(qū)）？GSv問題：5.1.45.1.4 溝道長度調制效應實際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的修正后22() (1)(1) (1)GSDnGSTDSDODSTviK vVvIvV10.1VLL的單位為m當不考慮溝道調制效應時， 曲線是平坦的。05.1.55.1.5 MOSFET的主要參數一、直流參數1.開啟電壓 （增強型參數）TV2.夾斷電壓 （耗盡型參數）PV4.直流輸入電阻 （ ）GSR91510 10二、交流參數1.輸出電阻 dsrGSDSdsvDvriNMOS增強型211() dsnGSTDrKvViDSSI3.飽和漏電流 （耗盡型參數）當不考慮溝道調制效

8、應時，0,dsr 2.低頻互導mgDSDmvGSigv考慮到2()DnGSTiK vV()DGSTnivVK則2() DSDSnGSTDmvvGSGSKvVigvv2()nGSTK vV2n DK i三、極限參數1.最大漏極電流DMI()BR DSV3.最大漏源電壓2.最大耗散功率DMP4.最大柵源電壓()BR GSV組成原則：（1）靜態(tài)：合適的靜態(tài)工作點，使場效應管工作在 恒流區(qū)，場效應管的偏置電路相對簡單。 （2）動態(tài)：能為交流信號提供通路。分析方法：靜態(tài)分析：估算法、圖解法動態(tài)分析：圖解法、微變等效電路法5.2 5.2 MOSFET放大電路5.2.1 5.2.1 MOSFET放大電路1.

9、 1. 直流偏置及靜態(tài)工作點的計算2. 2. 圖解分析3.3. 小信號模型分析* *5.2.25.2.2 帶PMOS負載的NMOS放大電路 （CMOS共源放大電路）5.2.1 5.2.1 MOSFET放大電路FET放大電路的三種組態(tài)：共源極放大電路：輸入在柵極，輸出在漏極共漏極放大電路：輸入在柵極，輸出在源極共柵極放大電路：輸入在源極，輸出在漏極5.2.1 5.2.1 MOSFET放大電路(1)簡單的共源極放大電路（N溝道）1. 1. 直流偏置及靜態(tài)工作點的計算(2)帶源極電阻的NMOS共源極放大電路(3)電流源偏置的NMOS共源極放大電路問題：場效應管的靜態(tài)點由哪些參數決定？G SD SDV

10、VI、(1)簡單的共源極放大電路（N溝道）共源極放大電路問題：如何畫直流通路和交流通路？直流通路共源極放大電路直流通路求Q點RRRGSDDVVg2g1g2=須滿足 ，否則工作在截至區(qū)GSTVV假設工作在飽和區(qū)，即()DSGSTVVV2()DnGSTIK VVDSDDDdVVI R驗證是否滿足()DSGSTVVV如果不滿足，則說明假設錯誤再假設工作在可變電阻區(qū)，即()DSGSTVVV2()DnGSTDSIK VV VDSDDDdVVI R例：R60,R40,15DkkRkg1g225 ,V1 ,0.2nVVV KmA VDDT試計算電路的靜態(tài)工作點。解：R2RRGSQDDVVVg2g1g2=假設

11、工作在飽和區(qū)，即2()0.2DQnGSTIK VVmA2DSQDDDdVVI RV滿足 假設成立，結果即為所求。()DSGSTVVV(2)帶源極電阻的NMOS共源極放大電路求Q點SGSQVVVG=2()DQnGSTIK VV(RDSQDDSSDdVVVIR ）需要驗證是否滿足()DSGSTVVVSSSSR=(+)RRDDVVVg2g1g2()DSSI R V飽和區(qū)(3)電流源偏置的NMOS共源極放大電路電流源偏置靜態(tài)時，求Q點0,0,IGDQvVII2()DQnGSTIK VVDSQDDDdSVVI RVSGGSVVV飽和區(qū)有：GSV2. 2. 圖解分析（交流分析)由于負載開路，交流負載線與直

12、流負載線相同QQ3.3. 小信號模型分析（1）模型（微變等效電路）（2）放大電路分析共源極放大電路3.3. 小信號模型分析(,)DG SD SifvvGSDSdsvDvri1mGSDSdsgvvrDSDmvGSigvDSGSDDDvGSvDSGSDSiiivvvv互導漏極輸出電阻很大，可忽略1dsDri低頻小信號模型共源極放大電路高頻小信號模型（1）模型（微變等效電路）場效應管放大電路小結：（1）場效應管放大器輸入電阻大（2）場效應管共源放大器（漏極輸出）輸入輸出反相， 電壓放大倍數大于1，oDRR（3）場效應管共漏極放大器輸入輸出同相，電壓放大 倍數小于1且約等于1；輸出電阻小例：設3/,5

13、0,0mgmA V求：總電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻。（1）估算各級靜態(tài)工作點：（2）動態(tài)分析第一步 ：計算第二級的輸入電阻234/iberRRr第二步 ：計算各級電壓放大倍數12(/)vmLmDiAg RgRr 2/LCLvbebeRRRArr 第三步 ：計算輸入電阻、輸出電阻12/irRRoCrR第四步 ：計算總電壓放大倍數12vvvAA AivSvSirAARr飽和區(qū)設15,3 ,5 ,dZDDRkVV VV21 ,0.2/,TnVV KmA V靜態(tài)時求Vo12(1)60,40ggRkRk12(2)45,5ggRkRk12(3)70,30ggRkRk解：（1）先求GSV2122gGSDDggRVVVRR假設工作在飽和區(qū)有：2()0.2DnGSTIKVVmA2doDDDGSTVVIRVVV12(2)45,5ggRkRk12(3)70,30ggRkRk2120.5gGSDDggRVVVRR假設工作在飽和區(qū)有：0DI3oVV截止區(qū)2121.5gGSDDggRVVVRR2()0.05DnGSTIKVVmA4.25oDDDdZVVIRVV所以：3oVV5.5 5.5 各種放大器件電路性能比較管腳對應關系：BJT FET組態(tài)對應關系：BJT FETESCDBGCECSC