MOS管知识

• (1) 开启电压UT
• 表述： 在一定的漏源电压UDS作用下，使管子
由截止变为导通的临界栅源电压uGS ，称为开启 电压UT 。
• 表达式：
U u T
G Smin uDS 常 数
• (2) 互导gm
(a)转移特性
• 表述： 在漏源电压uDS 为某一常数时，漏极电
流的微变量△iD 和引起这一变化的栅源电压 △uGS之比值，称为互导gm 。
id f (uGS, uDS )
输出特性
di D
gmduGS

1 r ds
duDS
id

g m ugs

1 r ds
uds
式 中 ：rds

ΔuDS ΔiD
uds uGS 常 数
id
uGS 常 数
场效应管的微变等效电路见图3.4
(a) 低频模型
(b) 低频模型
(c) 高频模型 图3. 4 FET的微变等效电路及高频模型
• 分析：主要讨论 uGS 对iD 的控制作用。
(1)当uGS = 0 时(见图3. 2a),不论所加电压uDS 的极性 如何，其中总有一个PN 结是反向偏置的，反向电 阻很高，则漏极电流iD≈0。
(2) 当栅源极之间加正向电压uGS (见图3.2b) ，
在 uGS的作用下，产生了垂直于衬底表面的电场， P 型硅中少数载流子(自由电子)被吸到表面层填 补空穴形成负离子的耗尽层。
MOS管知识
第三章 场效应管及其放大电路
• 内容： • 1.介绍场效应管的结构、工作原理、伏安特性
及主要参数。
• 2.介绍基本放大电路。 • 教学基本要求： • 1.了解场效应管的基本结构，熟练掌握场效应
管的伏安特性及主要参数。
• 2. 理解放大电路的工作原理，熟练掌握放大电
路的分析方法。
第三章 场效应管及其放大电路
• 3. 特性曲线
• (1) 转移特性
• 表述：当漏源电压uDS 为
某一固定值时，栅源电
压uGS 和漏极电流 iD 之 间的关系曲线，称为转
移特性。也就是栅源电
压uGS 对漏极电流 iD 的 控制特性 。
• 表达式：
iD

f
(
uG
）
S uDS
常
数
(a)转移特性
图3.3(a) N沟道增强型 绝缘栅场效应管 的特性曲线
JFET：利用外加电场来控制半导体内的电场效应。 通过改变PN结耗尽层的宽度，改变导电沟道的宽 窄来控制输出电流。
MOSFET：利用外加电场来控制半导体表面的电场 效应。通过改变感生沟道的宽窄来控制输出电流。
• 耗尽型与增强型的主要区别
耗尽型：场效应管没有外加栅极电压时，已存在导 电沟道。 增强型：场效应管在外加栅极电压超过一定时，才 有导电沟道。
MOS管截止， UGS值称为夹断电压。
• 3. 特性曲线 如图3.6所示
图3.6 N沟道耗尽型绝缘栅场效 应管的转移特性和输出特性
• 三. 场效应管的微变等效电路 • (1) 输入端:
由于场效应管是利用场效应原理工作的，不 向信号源取用电流，故输入端呈开路状态。
• (2) 输出端: 由伏安特性可知
Hale Waihona Puke BaiduG
- UGS RS
UDS U DD IDQ ( RD RS )
图3.9 直流通路
• 三. 动态分析
由图3.9得其分压式场效应管放大电路的交流通 路和微变等效电路，如图3.10和图3.11
图图3.31.19 分放压大式电场路效的应
微管变放等大效电电路路
图3.10 放大电路 的交流通路
• (4) 形成反型层的导电沟道后， uGS正值愈高，导
电沟道愈宽，即
改变uGS→ 改变沟道宽度→改变iD uGS↑↓→沟道宽度↑↓→iD↑↓
• 综述：当0＜uGS＜UT 时，漏、源极间沟道尚未
联通，iD≈0；当uGS≥UT时，随uGS变化 iD随之变 化。达到uGS 对iD 的控制，故称MOS管为电压控 制元件。

RG
(RG1
// RG2)
ro

U o Io
U i 0 RD
RL
• 表达式：
gm

ΔiD ΔuG S
id uDS 常 数
ugs
uDS 常 数
id gm ugs
• (3) 饱和漏极电流IDSS
表述：在一定的漏源电压uDS(通常为10V)作用下，
当uGS =0 时的漏极电流 ，称为饱和漏极电流IDSS 。
表达式： IDSS iD f (uDS ) uGS0
图3.5 N沟道耗尽型 绝缘栅场效应管 (a)结构示意图 (b) 表示符号
• 2. 工作原理
• 1) 在uDS 为常数的条件下，当uGS =0 时，漏源极间
已导通， iD≠0 ；
• 2) 在uDS 为常数， uGS＞0 时，沟道变宽，iD ↑； • 3) 在uDS 为常数， uGS＜0 时，沟道变窄，iD↓； • 4) 当uGS 达到一定负值时，沟道被夹断， iD≈0 ；
3.2 场效应管放大电路 • 一.放大电路的组成
• 组成： 以N 沟道增强型绝缘栅场效应管组成的
分压式偏压电路为例，电路如图3.8所示。
图3.8 分压式场效 应管放大电路
• 二.静态分析
根据图3.8 有图3.9所示的直流通路,
得 ：VG

RG 2 RG1 RG2
U DD
I DQ

VS RS
• 1. 放大电路的放大倍数
U i U gs
U o

Id

RD RL RD RL
Id RL gmU gs RL
Au

U o U i
gm RL
图3.11 放大电路的 微变等效电路
• 2. 放大电路的输入电阻和输出电阻
ri

U i Ii
• (4)直流输入电阻RGS
表述： 在漏源之间短路的条件下，栅源之间加一定
电压时的栅源直流电阻，即为直流输入电阻RGS 。
• 二. N沟道耗尽型绝缘场效应管
• 1. 基本结构
图3.5是N 沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结 构示意图。制造时在二氧化硅绝缘层中渗入大 量的正离子，在它的作用下，即使uGS =0 时， 在两个N型区之间形成原始N型导电沟道。
• 3.1 绝缘栅型场效应管 • 3.2 场效应管放大电路
概述
• 场效应管是一种利用电场效应来控制电流大小的 半导体器件。
• 一.场效应管的分类
场效应管 (FET)
绝缘栅型 (MOSFET)
结型 (JFET)
增强型
耗尽型 N 沟道 P 沟道
N 沟道 P 沟道 N 沟道 P 沟道
耗尽型
• MOSFET与JFET的主要区别
3.1 绝缘栅型场效应管
• 一. N 沟道增强型绝缘场效应管 • 1. 基本结构
图3.1是N 沟道增强型绝缘栅场效应管的结构 示意图。
D
B G
图3.1 N沟道增强型绝缘栅场效应管
(a) 基本结构
(b)表示符号
S (b)
• 2. 工作原理
利用栅源电压uGS的大小，来改变半导体表面感生 电荷的多少，从而控制漏极电流 iD的大小。
• (2) 输出特性
• 表述：当栅源电压uGS
一定的情况下，漏极 电流 iD 与漏源电压uDS 之间的关系曲线，称 为输出特性。
• 表达式：
iD f (uDS ) uGS常数
输出特性曲线见图3.3(b)
Ⅰ区 Ⅱ区
Ⅲ区
(b) 输出特性
图3.3 (b) N沟道增强型 绝缘栅场效应管 的特性曲线
• 4. 主要参数
• (3) 当栅极与源极之间加正向电压uGS≥UT时(见图
3.2c)，被吸到表面层中的自由电子较多，填补空 穴后还有剩余，在表面层中形成一个N型层，通 常称为反型层；它就是沟通源区和漏区的N 型导 电沟道。形成导电沟道后，在漏极电源uDS的作 用下，将产生漏极电流 iD ，MOS 管即导通。场 效应管是利用场效应原理工作的。