Chapter 4 场效应管放大电路
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P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全 相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性 不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型 一样。
2021/3/4
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2、JFET的工作原理
现以N沟道为例说明其工作原理。
1、vGS对iD的控制 ——控制导电沟道宽窄
vDS=0，| vGS | 增大， 导电沟道变窄，沟道电阻 增大。
vGS
D G P+
N
P+
iD
vDS
沟道完全夹断时vGS=VP （VGS（off）），称夹断电
S
压。
若vDS为一固定值，则iD将受vGS的控制。
管子在饱和区工作（vGS ≥ VT）时的转移特性曲线 可用以下近似公式表示：
iD
I
（vG S DO VT
1）2
式中IDO为vGS =2 VT时的iD值。
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2、N沟道耗尽型MOSFET
N沟道耗尽MOSFET的 结构和符号如图所示
在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正 离子。所以当VGS=0时，这些正离子已经在感应出反 型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电 压，就有漏极电流存在。
1
场效应管放大电路
Chapter 4
主要内容
场效应晶体管 场效应管放大电路
2021/3/4
2
§4.1 场效应晶体管
结型场效应三极管（JFET） 绝缘栅场效应三极管（MOSFET） 场效应三极管的参数
讨论的问题： 场效应管是通过什么方式来控 制漏极电流的？
2021/3/4
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场效应管（Fiedl Effect Transistor——FET）是利 用电场效应来控制的有源器件，它不仅兼有一般 半导体管体积小、重量轻、耗电省、寿命长的特 点，还具有输入电阻高（MOSFET最高可达 1015Ω）、噪声系数低、热稳定性好、工作频率高、 抗辐射能力强、制造工艺简单等优点。在近代大 规模和超大规模集成电路以及微波毫米波电路中 得到广泛应用。 按结构，场效应管可分两大类：
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当vGS＞0时，将使iD进一步增加。vGS＜0时，随着 vGS的减小iD逐渐减小，直至iD=0。对应iD=0的vGS称为夹 断电压，用符号vGS(off)表示，有时也用VP表示。N沟道 耗尽型MOSFET的转移特性曲线如图所示。
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转移特性曲线
3、P沟道耗尽型MOSFET
） vGS 2
VP
为什么不讨论JFET的输 入特性？
栅-源间的PN结是反偏 的，故输入端的电流近似 为零。
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4.1.2 绝缘栅场效应三极管
N沟道增强型MOSFET N沟道耗尽型MOSFET P沟道耗尽型MOSFET 各类FET的伏安特性曲线
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绝缘栅型场效应管中应用最多的是以二氧化硅 作为金属（铝）栅极和半导体之间绝缘层 ，又称 金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOSFET ( Metal-Oxide-Semiconductor FET)。 MOSFET可分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道
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输出特性曲线
（2）转移特性曲线
iD
以vDS为参变量， iD与vGS的关系，描 述了输入电压对输出电流的控制作用。
+G
D
+ vDS
iD
f（vG
）
S vDS
常
数
vGS −
S
−
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转移特性曲线
实验表明：在VP≤v GS≤0范围(恒流区)内，iD与vGS间 呈平方律关系，即
iD
IDS（S 1
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1、N沟道增强型MOSFET
1）结构 N沟道增强型
源极S
MOSFET在P型半导
体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后
用光刻工艺扩散两
个高掺杂的N型区。
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衬底B
栅极G
漏极D
结构
2）工作原理 栅源电压vGS的控制作用 ——形成导电沟道
正电压vGS产生的反型层把 漏-源连接起来，形成宽度均 匀的导电N沟道，自由电子是 沟道内的主要载流子。
结论：JFET是电压控制电流器件。
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3、JFET的特性曲线
（1）输出特性曲线。 以vGS为参变量， iD与vDS的关系
iD f（vDS）vGS常数
在恒流区或饱和区， iD受vGS的控制，用作 放大电路的工作区域， 也称线性放大区。
iD D+
G
+
vDS
vGS −
S
−
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vDS对iD的控制
沟道预夹断后， vDS继续 增大，夹断点向源极方向移 动， iD略有增大。 vGS变化时，vGS < VT，没有导电 沟道， iD≈0； vGS =VT时开始形成导电沟道； vGS ≥ VT时，导电沟道变宽。从 而改变vGS 的大小有效地控制沟 道电阻的大小。
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2、vDS对iD的影响
vGS=0， vDS增加沿沟道将 产生一电位梯度，导电 沟道呈楔型， iD与 vDS近 似成正比。
vGS
D G P+
N
P+
iD
vDS
当两楔型相遇时，称预夹断。
S
此时
vGD= vGS− vDS= VP iD= IDSS—饱和漏极电流
预夹断后，随vDS增加，夹 断长度略有增加， iD几乎 不随vDS增加而上升。
反型层刚形成时，对应的栅 源电压vGS称为开启电压，用 VT表示。
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漏源电压vDS对漏极电流iD的控制作用 vGS ≥ VT，加vDS，形成iD，且iD与vDS基本成正比。 因vDS形成电位差，使导电沟道为梯形。 vDS增大至vGD = vGS− vDS< VT，沟道被预夹断（漏 端），管子进入饱和区。
结型场效应管（JFET） 绝缘栅型场效应管（IGFET）
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4பைடு நூலகம்
4.1.1结型场效应三极管（JFET）
1、结型场效应三极管的结构
在N型半导体硅片两侧扩 散高浓度的P型区，形成两 个PN结夹着一个N型沟道的 结构。
两个P区连在一起构成栅 极，N型硅的一端是漏极， 另一端是源极。
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——输入电压vGS 对输出电流iD的控制
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3）特性曲线
iD f（vDS）vGS常数
——输出特性
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iD
f（vG
）
S vDS
常
数
——转移特性
转移特性曲线的斜率gm（ mA/V ）的大小反映 了栅源电压对漏极电流的控制作用，称为跨导。
定义：
gm
I D VG S
Q
(单位mS)
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2、JFET的工作原理
现以N沟道为例说明其工作原理。
1、vGS对iD的控制 ——控制导电沟道宽窄
vDS=0，| vGS | 增大， 导电沟道变窄，沟道电阻 增大。
vGS
D G P+
N
P+
iD
vDS
沟道完全夹断时vGS=VP （VGS（off）），称夹断电
S
压。
若vDS为一固定值，则iD将受vGS的控制。
管子在饱和区工作（vGS ≥ VT）时的转移特性曲线 可用以下近似公式表示：
iD
I
（vG S DO VT
1）2
式中IDO为vGS =2 VT时的iD值。
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2、N沟道耗尽型MOSFET
N沟道耗尽MOSFET的 结构和符号如图所示
在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正 离子。所以当VGS=0时，这些正离子已经在感应出反 型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电 压，就有漏极电流存在。
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场效应管放大电路
Chapter 4
主要内容
场效应晶体管 场效应管放大电路
2021/3/4
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§4.1 场效应晶体管
结型场效应三极管（JFET） 绝缘栅场效应三极管（MOSFET） 场效应三极管的参数
讨论的问题： 场效应管是通过什么方式来控 制漏极电流的？
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场效应管（Fiedl Effect Transistor——FET）是利 用电场效应来控制的有源器件，它不仅兼有一般 半导体管体积小、重量轻、耗电省、寿命长的特 点，还具有输入电阻高（MOSFET最高可达 1015Ω）、噪声系数低、热稳定性好、工作频率高、 抗辐射能力强、制造工艺简单等优点。在近代大 规模和超大规模集成电路以及微波毫米波电路中 得到广泛应用。 按结构，场效应管可分两大类：
2021/3/4
19
当vGS＞0时，将使iD进一步增加。vGS＜0时，随着 vGS的减小iD逐渐减小，直至iD=0。对应iD=0的vGS称为夹 断电压，用符号vGS(off)表示，有时也用VP表示。N沟道 耗尽型MOSFET的转移特性曲线如图所示。
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转移特性曲线
3、P沟道耗尽型MOSFET
） vGS 2
VP
为什么不讨论JFET的输 入特性？
栅-源间的PN结是反偏 的，故输入端的电流近似 为零。
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4.1.2 绝缘栅场效应三极管
N沟道增强型MOSFET N沟道耗尽型MOSFET P沟道耗尽型MOSFET 各类FET的伏安特性曲线
2021/3/4
11
绝缘栅型场效应管中应用最多的是以二氧化硅 作为金属（铝）栅极和半导体之间绝缘层 ，又称 金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOSFET ( Metal-Oxide-Semiconductor FET)。 MOSFET可分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道
8
输出特性曲线
（2）转移特性曲线
iD
以vDS为参变量， iD与vGS的关系，描 述了输入电压对输出电流的控制作用。
+G
D
+ vDS
iD
f（vG
）
S vDS
常
数
vGS −
S
−
2021/3/4
9
转移特性曲线
实验表明：在VP≤v GS≤0范围(恒流区)内，iD与vGS间 呈平方律关系，即
iD
IDS（S 1
2021/3/4
12
1、N沟道增强型MOSFET
1）结构 N沟道增强型
源极S
MOSFET在P型半导
体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后
用光刻工艺扩散两
个高掺杂的N型区。
2021/3/4
13
衬底B
栅极G
漏极D
结构
2）工作原理 栅源电压vGS的控制作用 ——形成导电沟道
正电压vGS产生的反型层把 漏-源连接起来，形成宽度均 匀的导电N沟道，自由电子是 沟道内的主要载流子。
结论：JFET是电压控制电流器件。
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3、JFET的特性曲线
（1）输出特性曲线。 以vGS为参变量， iD与vDS的关系
iD f（vDS）vGS常数
在恒流区或饱和区， iD受vGS的控制，用作 放大电路的工作区域， 也称线性放大区。
iD D+
G
+
vDS
vGS −
S
−
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vDS对iD的控制
沟道预夹断后， vDS继续 增大，夹断点向源极方向移 动， iD略有增大。 vGS变化时，vGS < VT，没有导电 沟道， iD≈0； vGS =VT时开始形成导电沟道； vGS ≥ VT时，导电沟道变宽。从 而改变vGS 的大小有效地控制沟 道电阻的大小。
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2、vDS对iD的影响
vGS=0， vDS增加沿沟道将 产生一电位梯度，导电 沟道呈楔型， iD与 vDS近 似成正比。
vGS
D G P+
N
P+
iD
vDS
当两楔型相遇时，称预夹断。
S
此时
vGD= vGS− vDS= VP iD= IDSS—饱和漏极电流
预夹断后，随vDS增加，夹 断长度略有增加， iD几乎 不随vDS增加而上升。
反型层刚形成时，对应的栅 源电压vGS称为开启电压，用 VT表示。
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漏源电压vDS对漏极电流iD的控制作用 vGS ≥ VT，加vDS，形成iD，且iD与vDS基本成正比。 因vDS形成电位差，使导电沟道为梯形。 vDS增大至vGD = vGS− vDS< VT，沟道被预夹断（漏 端），管子进入饱和区。
结型场效应管（JFET） 绝缘栅型场效应管（IGFET）
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4பைடு நூலகம்
4.1.1结型场效应三极管（JFET）
1、结型场效应三极管的结构
在N型半导体硅片两侧扩 散高浓度的P型区，形成两 个PN结夹着一个N型沟道的 结构。
两个P区连在一起构成栅 极，N型硅的一端是漏极， 另一端是源极。
2021/3/4
——输入电压vGS 对输出电流iD的控制
2021/3/4
16
3）特性曲线
iD f（vDS）vGS常数
——输出特性
2021/3/4
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iD
f（vG
）
S vDS
常
数
——转移特性
转移特性曲线的斜率gm（ mA/V ）的大小反映 了栅源电压对漏极电流的控制作用，称为跨导。
定义：
gm
I D VG S
Q
(单位mS)