模电课件第五章

第5章 场效应管放大电路
JFET输入电阻约106 ～109 。 而绝缘栅FET输入电阻可高达1015 。
金属-氧化物-半 导体场效应管 （MOSFET）
增强型 当UGS=0时 ，D、S之间没有导电 沟道，ID=0，称为增强型场效应晶体管
耗尽型 当UGS=0时 ，D、S之间就存在 导电沟道，称为耗尽型场效应晶体管
图5.1.1 N沟道增强型MOSFET结构及符号
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5.1.1 N沟道增强型MOSFET
源极
二氧化硅 s
栅极
g
铝
漏极
d
第5章 场效应管放大电路
D
N+
N+
G
B
衬底
P型硅衬底
衬底引线
S
(a)结构
(b)N沟道MOS管
g和s、d 均无电的接触， 叫绝缘栅；
箭头方向由P（衬底）指向N（沟道）；
虚线表明UGS = 0，沟道不存在。
rdso
dvDS diD
1 vGS常数 2Kn(vGSVT)
rdso是一个受vGS控制的可变电阻
③ 饱和区（恒流区又称放大区）
vGS >VT ，且vDS≥(vGS－VT)
iD
Kn (vGS
VT )2
I
DO
(
vGS VT
1) 2
Kn为电导常数，单位：mA/V2
IDOKnVT2
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是vGS＝2VT时的iD
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
第5章 场效应管放大电路
(2) 转移特性(直接由作图法获得)
iD f(vGS) vDScon s t.
整个沟道呈楔形分布
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第5章 场效应管放大电路
2. 工作原理
(2)vDS对沟道的控制作用
VDD
s VGG g
iD 饱 d和
第5章 场效应管放大电路
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDS ID 沟道电位梯度
N+
N+
当vDS增加到使vGD=VT 时，
夹断区
在紧靠漏极处出现预夹断。
P
在预夹断处：vGD=vGS-vDS =VT
图5.1.2(d)vGS>VT，vDS较大出现夹断时，iD趋于饱和
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2. 工作原理
(2)vDS对沟道的控制作用
预夹断后，vDS 夹断区延长 沟道电阻 ID基本不变，
达到饱和
第5章 场效应管放大电路
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2. 工作原理
(2)vDS对沟道的控制作用
VDS并不能控制iD。
要增大iD，须增大VGS， 使沟道加宽；
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第5章 场效应管放大电路
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 5.1.2 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 5.1.5 MOSFET的主要参数
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5.1.1 N沟道增强型MOSFET
第5章 场效应管放大电路
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3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
(1)输出特性
iD f(vDS) vG Scon s t.
第5章 场效应管放大电路
①截止区
当 vGS ＜ VT 时 ， 导 电 沟 道 尚 未 形 成，iD＝0，为截止工作状态。
②可变电阻区
iD2 K n(v G S V T )v DS
要减小iD，须减小VGS， 使沟道变窄；
第5章 场效应管放大电路
VDD
s VGG g
d
N+
N+
N型(感生)沟道
P
这体现了VGS对iD的控制。 N沟道增强型绝缘栅场效应管
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2. 工作原理
(3) vDS和vGS同时作用时 vDS一定，vGS变化时 给定一个vGS ，就有一条不同的
iD – vDS 曲线。
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第5章 场效应管放大电路
5.1.1 N沟道增强型MOS个利F高用E掺扩T杂散的的N方+法区在。P然型后硅在中P形型成硅两表
面生长一层很薄的二氧化硅绝缘层，
1. 结构（N沟道）
并在二氧化硅的表面及N+型区的表 面上分别引出三个电极——栅极g、
源极s、漏极d。
(a)剖面图
(b)增强型的符号
VDS 靠d端被夹断 （VGS –VDS = VT ）
图5.1.2(c)vGS>VT时，vDS较小时，iD迅速增大
VDS 夹断区iD饱和 （VGS –VDS < VT ）见图(d)
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2. 工作原理
(2)vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDS ID 沟道电位梯度 靠近漏极d处的电位升高 电场强度减小沟道变薄
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5.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 (1)vGS对沟道的控制作用
VDD
s VGG g
d
N+
N+
N型(感生)沟道
P
第5章 场效应管放大电路
VGS>0，排斥空穴， 吸引电子到半导体 表面
VGS到VGS>VGS(th)， 半导体表面来自百度文库成N导 电沟道，将源区和漏 区连起来。
VGS(th)：开启电压
图5.1.2(b)vGS≥VT时，出现N型沟道模电课件第五章
2. 工作原理
(2)vDS对沟道的控制作用
VDD s VGG g
iD 迅 速 增 d大
N+
N+
N型(感生)沟道
P
加上VDS VGS>VT
第5章 场效应管放大电路
VDS=0 iD=0
VDS iD 沟道成楔形 （VGS –VDS > VT ）见图(c)
第5章 场效应管放大电路
§5 场效应管放大电路
✓5.1 -氧化物-半导体(MOS)场效应管 ✓5.2 MOSFET放大电路 ✓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
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第5章 场效应管放大电路
场效应管
电压控制电流型器件 单极型器件
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第5章 场效应管放大电路
5.1.1 N沟道增强型MOSFET
VGS=0，即使加VDS，
2. 工作原理
(1)vGS对沟道的控制作用
VDS
VDD
s
d
衬底
二氧
s
g d 铝 总有一个PN结反偏；
化硅
此时若s与衬底连，
N+
N+
则d与衬底间PN结
P
亦是反偏。
无沟道， iD=0，
图5.1.2(a)vGS=0时，没有导电沟道
g
v gs
id
d
v ds s
BJT三极管
电流控制电流型器件
双极型器件
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从有无原始导
场效应管的分类： 电沟道上分
从结构上分
MOSFET
增强型
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N沟道 P沟道
绝缘栅型 FET
耗尽型
N沟道
场效应管
P沟道
JFET 结型
N沟道
从半导体
（耗尽型） 导电沟道
P沟道
类型上分
耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在 增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道