模电第3章

VGS > VGS(th) 条件： V DS > VGS–VGS(th) 特点：
0
VDS /V
ID只受VGS控制，而与VDS近似无关，表现出类 似三极管的正向受控作用。 考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随 VDS的增加略有上翘。
注意：饱和区（又称有源区）对应三极管的放大区。
截止区
ID=0以下的工作区域。
UGS =- IDR
再求： UDS =VDD- ID (Rd + R )
注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。
2.分压式自偏压电路
UGS UG US
Rg2 Rg1 + Rg2 VDD I D R
计算Q点：
已知UP ，由
Rd Rg1 C1 + ui Rg2
—
NMOS管输出特性曲线
非饱和区
ID= f ( VDS )
VGS = 常数
沟道预夹断前对应的工作区。
VGS > VGS(th) 条件： V DS < VGS–VGS(th) 特点： ID同时受VGS与VDS的控制。
ID/mA VDS = VGS –VGS(th) VGS =5V 4.5V 4V 3.5V 0 VDS /V
ID/mA VDS = VGS –VGS(th)
条件： VGS < VGS(th)
沟道未形成时的工作区 特点： IG≈0，ID≈0 相当于MOS管三个电极断开。 击穿区
0
VGS =5V
4.5V 4V 3.5V VDS /V
• VDS增大到一定值时漏衬PN结雪崩击穿 ID剧增。 • VDS沟道 l 对于l 较小的MOS管穿通击穿。
N沟道耗尽型MOS管
夹断 电压
耗尽型MOS管与结型场效应管的转移特性 方程相类似。
表 1.4.13
种类
各类场效应管的符号和特性曲线
符号
D
转移特性
ID /mA IDSS UGS
ID
漏极特性
UGS= 0V
结型 耗 尽 N 沟道 型 G
结型 耗 尽 P 沟道 型 G
S
D
IDSS ID B O UGS(th) ID
+ VDD C2 +
UGS
Rg2 Rg1 + Rg2
解：由T的输出特性可知其开启电压为5V，图示电路 uGS＝uI。
当uI＝4V时，uGS小于开启电压，故T截止。 当 uI ＝ 8V 时，设 T 工作在恒流区 ，由输出特性得 iD≈0.6mA，管压降 uDS≈VCC－iDRd≈10V uGD＝uGS－uDS≈－2V 小于开启电压，假设成立 即T工作在恒流区。 当uI＝12V时，假设T工作在恒流区，由iD ≈3.8mA得： uDS≈-0.54V， uGD≈12.54V大于开启电压，T工作在 可变电阻区。
沟道为楔型， 电流增大 （可变电阻区）
预夹断，电流趋 于饱和 uGD＝UGS（off）
电流达到饱和
（恒流区）
场效应管工作在恒流区的条件是什么？
伏安特性
由于JFET场效应管正常工作 时栅极电流为零，故不讨论 输入特性曲线。 共源组态特性曲线：
输出特性：
转移特性：
ID= f ( VDS ) ID= f ( VGS )
G
B
S
D ID
UGS(off) O
UGS(th)O ID UGS
O
G S
B
IDSS
_
+ +
ID
O
o
绝缘 栅型 P 沟道 耗 尽 型
G S
B
ID
D
UGS(off) UGS
_ _ _
增 强 型
o
三、场效应管的主要参数
一、直流参数
1. 开启电压 UGS(th) 为增强型MOS管的一个重要参数。 2. 夹断电压 UGS(off) 为结型场效应管和耗尽型MOS管的一个重要参数。 3. 饱和漏极电流 IDSS
当VGS为常数时，VDSID近似线性，表现为一种电阻特性； 当VDS为常数时，VGS ID 饱和区（放大区）
沟道预夹断后对应的工作区。
ID/mA VDS = VGS –VGS(th)
VGS =5V 4.5V 4V 3.5V
为结型场效应管的一个重要参数。
4. 直流输入电阻 RGS 输入电阻很高。结型场效应管一般在 107 以上， MOS管更高，一般大于 109 。
二、交流参数
1. 低频跨导 gm
用以描述栅源之间的电压 uGS 对漏极电流 iD 的控制作用。
单位：iD 毫安(mA)；uGS 伏(V)；gm 毫西门子(mS)
uGD＝UGS（th） 预夹断，电 流趋于饱和
iD几乎仅仅 受控于uGS (恒流区)
N沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？
2、耗尽型MOS管符号和结构（N沟道为例）
符号 结构示意图
uGS＝UGS（off） <0，沟道夹断
uGS=0时就存 在导电沟道
加正离子
耗尽型MOS管在 uGS＞0、uGS＜0、uGS＝0时均可 导通，且由于SiO2绝缘层的存在，在uGS＞0时仍保持 g-s间电阻非常大的特点。
1、增强型MOS管符号和结构（N沟道为例）
符号
金属层
结构示意图
uGS＝UGS（th） 沟道开启
耗尽层
SiO2绝缘层
反型层
uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当 反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。
当uGS > UGS(th)时，漏源电压uDS 对iD的影响
iD随uDS的增大 而增大 (可变电阻区)
4. P沟道增强型MOS管：
截止区： uGS > UGS(th) ,并且UGS(th) <0
恒流区： uGS < UGS(th) ，并且uGD > UGS(th)
可变电阻区： uGS <UGS(th) ，并且uGD <UGS(th) 注：耗尽型MOS管与结型场效应管相类似。
判断下列N沟道场效应管的管型和工作状态。
ID/mA VDS = VGS –VGS(off)
VGS =0V
-0. 5V -1V -1. 5V 0 -2V VDS /V
线性电阻:

恒流（饱和）区(放大区)
条件： VGS > VGS(off) V DS > VGS–VGS(off)
ID/mA VDS = VGS –VGS(off) VGS =0V
P沟道JFET
2、工作原理 1)栅-源电压uGS对导电沟道宽度的控制作用
当uDS=0，uGS可以控制导电沟道的宽度。
沟道最宽
沟道变窄
沟道消失 称为夹断
当沟道消失时，uGS = UGS（off）称为夹断电压
2)漏-源电压UDS对漏极电流ID的影响
当UGS（off）<uGS<0时，uDS对漏极电流的影响。
管号 结型 T1 MOS T2 MOS T3 UGS(off)或UGS(th) -3 4 -3 US 3 -2 0 UG -1 3 0 UD 10 -1.2 10
T1为N沟道结型场效应管，工作在截止区。 T2为增强型N沟道MOS管，工作在可变电阻区。 T3为耗尽型N沟道MOS管，工作在恒流区。
例：已知场效应管的输出特性曲线如图,分析当uI＝4V、 8V、12V三种情况下场效应管分别工作在什么区域。
恒流区： uGS > UGS(th) ，并且uGD < UGS(th) 可变电阻区： uGS > UGS(th) ，并且uGD >UGS(th)
注：耗尽型MOS管与结型场效应管相类似。
五、场效应管的工作区域判断
3. P沟道结型场效应管：
截止区（夹断区）： uGS > UGS(off) >0
恒流区： 0 <uGS < UGS(off) ，并且uGD > UGS(off) 可变电阻区： 0 <uGS <UGS(off) ，并且uGD <UGS(off)
四、场效应管的工作区域判断
1. N沟道结型场效应管：
截止区（夹断区）： uGS < UGS(off) <0 恒流区： UGS(off) <uGS <0，并且uGD < UGS(off)
可变电阻区： UGS(off) <uGS <0，并且uGD >UGS(off)
2. N沟道增强型MOS管：
截止区： uGS < UGS(th), 并且UGS(th) >0
第三章 场效应管放大器
3.1 场效应管
结型场效应管

绝缘栅场效应管
3.2 场效应管放大电路


效应管放大器的静态偏置
效应管放大器的交流小信号模型 效应管放大电路
3.1、场效应管
只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电 流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。
场效应管分类 结型场效应管 增强型 耗尽型 单极型器件(一种载流子导电)； 特点 输入电阻高(107 1015 )； 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、 成本低。
3. 2 场效应管放大电路
一. 直流偏置电路 保证管子工作在饱和区，输出信 号不失真 1.自偏压电路
+ VDD Rd
d
计算Q点：UGS 、 ID 、UDS
已知UP ，由
+ uo
C1 + ui
—
g
T
s
C2
UGS =
- IDR
Rg
ID
R
C
—
U GS 2 I D I DSS (1 ) UP
可解出Q点的UGS 、 ID