华中科技大学《模拟电子技术》课程PPT——Ch 5
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模拟电子技术第1章PPT课件
多数载流子——自由电子 施主离子
少数载流子—— 空穴
7
8
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
8
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
－ － －－
+4 +4
受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子 9
杂质半导体的示意图
(1) 稳定电压UZ ——
在规定的稳压管反向工作电流IZ下UZ，所对应的Iz反min 向工作电u压。
(2) 动态电阻rZ ——
△I
rZ =U /I
rZ愈小，反映稳压管的击穿特性△愈U 陡。
I zmax
(3) 最小稳定工作 电流IZmin——
保证稳压管击穿所对应的电流，若IZ＜IZmin则不能稳压。
(4) 最大稳定工作电流IZmax——
17
EW
R
18
(2) 扩散电容CD
当外加正向电压
不同时，PN结两 + 侧堆积的少子的 数量及浓度梯度 也不同，这就相 当电容的充放电 过程。
P区 耗 尽 层 N 区 －
P 区中电子 浓度分布
N 区中空穴 浓度分布
极间电容（结电容）
Ln
Lp
x
电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
18
19
1.2 半导体二极管
30
31
四、稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管
பைடு நூலகம்
华中科技大学模拟电子技术课件
半导体二极管
1. 半导体二极管的结构和符号 (2) 面接触型二极管
PN结面积大，一般用于 工频、大电流整流电路。
（a）面接触型 （b）集成电路中的平面型
（c）代表符号
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
半导体二极管
1. 半导体二极管的结构和符号 2. 二极管的伏安特性 i IS (e
u / UT
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《模拟电子技术》
半导体二极管
1. 半导体二极管的结构和符号 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。 二极管按结构分有点接触型、面接触型两大类。 (1) 点接触型二极管
PN结面积小，结电 容小，用于检波和 变频等高频电路。
点接触型二极管结构示意图
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
2. PN结外加反向电压
• 高电阻 • 很小的反向漂移电流
由此可以得出结论： PN结具有单向导电性。
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《模拟电子技术》
PN结的单向导电性
PN结的伏安特性
3. PN结的击穿
PN结的反向电压增加到一定数值 时，反向电流突然快速增加，此 现象称为PN结的反向击穿。 热击穿——不可逆 雪崩击穿 电击穿——可逆 齐纳击穿
充填空穴来实现的。 华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
1.1 半导体基础知识
• 半导体材料 硅Si和锗Ge • 半导体的共价键结构 • 本征半导体 • 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 可使半导体的导电性发生显著变化。
掺入的杂质主要是三价或五价元素。 掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
(3) 结电容CJ
华中科技大学《模拟电子技术》课程PPT——Ch 5.
¾ 与BJT对比，如何体现控制关系？
VDD
iD vGS vDS
iD
iC iB vCE vGS 对iD的控制
s
VGG
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线 VDD
＋
耗尽层
预夹断点
vGS1＝VGS＞VT
s
VGG
g
d
vGS2＝VGS＞VT O 截止区 vGS3＜VT vDS
Lec 05
N
＋
N
P B 衬底引线电阻区 vDS <VGS-VT
饱和区 vDS≥VGS-VT
B
s
VGG
g
d
A
预夹断点
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
vDS
10
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（3）VDS和VGS同时作用时
s
VDD VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
13
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 可以构成双口吗？
d T s B T s 共源 g 共栅 B d g B T d 共漏 s
g
14
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程
预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V
VDD
iD vGS vDS
iD
iC iB vCE vGS 对iD的控制
s
VGG
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线 VDD
＋
耗尽层
预夹断点
vGS1＝VGS＞VT
s
VGG
g
d
vGS2＝VGS＞VT O 截止区 vGS3＜VT vDS
Lec 05
N
＋
N
P B 衬底引线电阻区 vDS <VGS-VT
饱和区 vDS≥VGS-VT
B
s
VGG
g
d
A
预夹断点
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
vDS
10
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（3）VDS和VGS同时作用时
s
VDD VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
13
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 可以构成双口吗？
d T s B T s 共源 g 共栅 B d g B T d 共漏 s
g
14
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程
预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V
华中科技大学模拟电子技术课件
《模拟电子技术》
4.1 反馈的基本概念
一、反馈的定义 二、反馈类型及判定方法 3、电压反馈与电流反馈
判断方法：负载短路法
反馈量为零。——电压反馈。
将负载短路，反馈量仍然存在。
电压反馈
将负载短路(未接负载时输出端对地短路),
——电流反馈。
电流反馈
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
4.1 反馈的基本概念
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
4.1 反馈的基本概念
一、反馈的定义
将电子系统输出回路的电量（电压或电流）， 送回到输入回路的过程。
反馈放大电路 基本放大电路的输入 假设信号的传输是 的输入信号 信号（净输入信号）
单向的。
反馈通路——信号反向传输的渠道 开环 ——无反馈通路 闭环 ——有反馈通路 输出信号
《模拟电子技术》
4.2 负反馈对放大电路性能的影响
3、展宽通频带
放大电路加入负反馈后，增益下降，通频带加宽， 如图所示。 无反馈时的通频带 f bw= f H－fL f H， 有反馈时 放大电路高频段的 放大倍数为
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
4.2 负反馈对放大电路性能的影响
3、展宽通频带
X id X i X f 0
一、深度负反馈的特点
《模拟电子技术》
4.2 负反馈对放大电路性能的影响
2、影响输入电阻和输出电阻
UT IT AX id ro UT AFIT ro
闭环输出电阻
UT rof (1 AF )ro IT
电流负反馈
引入电流负反馈后，输出电阻增大了（1+AF）倍。 华中科技大学文华学院
华科模拟电子技术第三章课件
IR 2 0
30
40
iD / A
图2.2.3 锗二极管2AP15的伏安特性
2 半导体二极管及其应用电路
2.1 PN结的基本知识
2.1.3 PN结及其单向导电性
2.2 半导体二极管
2.2.2 二极管的伏安特性 2.2.3 二极管的主要参数 2.2.4 二极管模型
2.3 二极管应用电路
2.3.1 整流电路 2.3.2 限幅电路
▪ 目的2: 判断二极管D是否安全。
(2) 二极管电路的直流分析
(a) 图解分析法
(b) 等效电路(模型)分析法
(3) 二极管电路的交流分析 — 大信号
(4) 二极管电路的交流分析 — 小信号
整流 D
限幅 R
R
+
vI
iD
R vO
vI
iD
例2-2-1和图2-3-1
+
+
+
D
vO
vi
vO
VREF
图2-3-3(习题2-15,16,17）
原子结构
简化模型
+4
温度 光照
掺杂
本征 激发
少子
电子 空穴
复合
N型－ 5价 P型－ 3价
多子－电子 多子－空穴
空间电荷
半导体: 导电特性介于导体和绝缘体之间 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
导电的 1、本征 — 容易受环境因素影响 (温度、光照等) 2个特点 2、掺杂 — 可以显著提高导电能力
2.4 特殊二极管
2.4.1 稳压二极管 击穿特性
• 原理：多子扩散和少子漂移的动态平衡
问题1：二极管(PN结)主要特性是？ 其工程描述方法？
模拟电子技术第五版课件
其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：
I VCC UCE S 12V 6mA
CM
R
2k
c
此时，Q（120uA，6mA，0V），PPT学由 习交流于 IBICM 所以BJT工作在饱和区。
19
2.3 放大电路的交流通路
2.3.1 画交流通路的原则
画出下图的交流通路
• 直流电源：内阻为零，相 当于短路
当 iC 0 时，uCEVCC
当 uCE0 时，iC VRCcC
T
图 2.2.1 基本共射放大电路
PPT学习交流
26
输出回路 输出特性
iC 0，uCE VCC
uCE
0，iC
VCC RC
直流负载线
Q
PPT学习交流
由静态工作点 Q 确 定 的 ICQ 、 UCEQ 为静态值。
27
【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知
PPT学习交流
18
例题
放大电路如图所示。已知BJT
的 ß=80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，（求1）：放大电路的Q点。此时BJT
工作在哪个区域？
（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此 时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱
和压降）
解：（1）
共射极放大电路
IBQ VCC R UBE3 120V 0 4ku 0AICIB8 04u 0A 3.2mA b
PPT学习交流
14
常见的共射放大电路
1.直接耦合共射放大电路 静Q点的计算
Rb2 Rb1
T
V U U
I CC
BEQ
BEQ
BQ
R
R
华中科技大学《模拟电子技术》课程PPT——Ch 6.2
＋VCC
v id v i1 = v ic + 2 v id v i2 = v ic − 2
根据叠加原理，分别 仅考虑差模信号和共 模信号时
Rc1 iC1 vi1 ＋ +vid/2 － ＋ vic －
b1 c1
Rc2 ＋ vO － vO1 vO2 c2 T2 ve iC2
b2
T1
vi2 ＋ -vid/2 － ＋ vic －
A1 105
vi
A2
vo
答： A1不可以，
12 Lec 06-2
A2可以
华中科技大学电信系 张林
6.2.2 直接耦合放大电路中的零点漂移
减小零漂的措施
) 用非线性元件进行温度补偿(仅解决温度的影响) ) 调制解调方式。如“斩波稳零放大器” ) 采用差分式放大电路
13
Lec 06-2
华中科技大学电信系
张林
6.2.1 差分式放大的基本概念
以电压信号为例 根据 v id = v i1 − v i2 1 v ic = ( v i1 + v i2 ) ＋ v 2 － v id 有 v i1 = v ic + 2 v id v i2 = v ic − 2
ic
vi1 ＋ +vid/2 － － -vid/2 ＋ ＋ vid － vi2
20
Lec 06-2
华中科技大学电信系
张林
6.2.3 BJT射极耦合差分式放大电路
¾ 为什么对差模信号放大和对共模信号放大不同？ ＋ v － i i
C1 o
Rc1
Rc2
仅差模信号输入时
<A>双端输出时电压增益
c1
vi1 ＋ +vid/2 －
v id v i1 = v ic + 2 v id v i2 = v ic − 2
根据叠加原理，分别 仅考虑差模信号和共 模信号时
Rc1 iC1 vi1 ＋ +vid/2 － ＋ vic －
b1 c1
Rc2 ＋ vO － vO1 vO2 c2 T2 ve iC2
b2
T1
vi2 ＋ -vid/2 － ＋ vic －
A1 105
vi
A2
vo
答： A1不可以，
12 Lec 06-2
A2可以
华中科技大学电信系 张林
6.2.2 直接耦合放大电路中的零点漂移
减小零漂的措施
) 用非线性元件进行温度补偿(仅解决温度的影响) ) 调制解调方式。如“斩波稳零放大器” ) 采用差分式放大电路
13
Lec 06-2
华中科技大学电信系
张林
6.2.1 差分式放大的基本概念
以电压信号为例 根据 v id = v i1 − v i2 1 v ic = ( v i1 + v i2 ) ＋ v 2 － v id 有 v i1 = v ic + 2 v id v i2 = v ic − 2
ic
vi1 ＋ +vid/2 － － -vid/2 ＋ ＋ vid － vi2
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Lec 06-2
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张林
6.2.3 BJT射极耦合差分式放大电路
¾ 为什么对差模信号放大和对共模信号放大不同？ ＋ v － i i
C1 o
Rc1
Rc2
仅差模信号输入时
<A>双端输出时电压增益
c1
vi1 ＋ +vid/2 －
华中科技大学模拟电子技术课件
《模拟电子技术》
2.3 放大电路的分析方法
三、静态工作点稳定电路
例：放大电路如图，已知三极管β =50，UBEQ=0.7V。 （1）估算放大电路的静态工作点。 （2）估算放大电路的Au、ri、ro。 R 解：(1) U BQ 1 U CC 4V
I CQ
R1 R2 U BQ U BEQ I EQ 1mA Re
2、图解法
分析非线性失真 分析最大不失真输出电压Uom
Uom
静态工作点设在 交流负载线的中点 华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
2.3 放大电路的分析方法
二、放大电路的动态分析
3、解析法
Uo 电压放大倍数 Au U i Ui 输入电阻 Ri I
i
输出电阻
Uo Ro (U S 0, RL ) Io
采用该方法分析静态工作点，必须已知 三极管的输入输出特性曲线。
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
2.3 放大电路的分析方法
列输出回路方程（直流负载线）
列输入回路方程
uBE U CC iB Rb
UCE=UCC－iCRc
在输入特性曲线上，作出直线 uBE =UU CC RB，与IBQ曲线 在输出特性曲线上，作出直流负载线 UCE CC－iC i c Rb ，两线
Vo ( j ) 其中：AV ( ) 称为幅频响应 ( j ) Vi
( ) o ( ) i ( ) 称为相频响应
衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。
其 中 ： f H — —上限频率
f L — —下限频率
通频带：f BW f H f L
华中科技大学文华学院
《华中科技大学》模拟电子技术课件_模电复习大纲 ppt课件
如，Vc
、
e
I
等。
b
PPT课件
2
第一章 绪论
电压放大模型
1. 输入电阻
Ri
Vi Ii
+ Vs
–
Rs + Vi –
Ro
+
+
Ri
AVOVi
Vo RL
–
–
反应了放大电Biblioteka 从信号源吸取信号幅值的大小。输入电压信号， Ri 越大，Vi 越大。 输入电流信号， Ri 越小， Ii 越大。
IT
外 加 测 试 信 号VT
Ro
Vo Vo
RL
RL
Ro
VT IT
Vs 0
+ Vs=0
–
PPT课件
放大电路
IT
+ VT
–
Ro
4
3、频率响应
上、下限频率；带宽
频率失真（线性失真） 幅度失真
非正弦信号 相位失真
非线性失真
饱和失真 正弦信号
截止失真
20lg|AV|/dB
60
3dB
40 带宽
20
0
2
20 2 102 2 103 2 104 f/Hz
PPT课件
7
4、熟练掌握PN结
形成——由于浓度差，而出现扩散运动，在中间形成空 间电荷区（耗尽层），又由于空间电荷区的内电场作用，存 在漂移运动，达到动态平衡。 单向导电性 ——
不外加电压，扩散运动=漂移运动，iD=0 加正向电压（耗尽层变窄），扩散运动＞漂移运动形成iD 加反向电压（耗尽层变宽），扩散运动为0，只有很小的
其增加、减小的值均与反馈深度（1+AF）有关
电子技术基础模拟部分(第六版) 康华光ch05
• V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。
22
华中科技大学 张林
5.1.4 BJT的主要参数
由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定 过损耗区、过电流区和击穿区。
过流区
过 压 区
输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
23
华中科技大学 张林
5.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
时，发射结正偏，集电结反 偏。
17
华中科技大学 张林
5.1.4 BJT的主要参数
1. 电流放大系数
(1) 共发射极直流电流放大系数 β
βICICEO IC
IB
IB
vCE const
(2) 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const
18
华中科技大学 张林
5.1.4 BJT的主要参数
1. 内部载流子的传输过程 发射区：发射载流子 集电区：收集载流子 基区：传送和控制载流子
（以NPN为例）
IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBO
载流子的传输过程
9
华中科技大学 张林
2. 电流分配关系
根据传输过程可知 IE=IB+ IC
设
传输到集电极的电流
发射极注入电流
即 InC
IE
vBE =VCC－iBRb
且电容Cb1充电完成后，其
vs
电压等于VBEQ
输出回路方程相同
vCE=VCC－iCRc
动态时，输入信号vi叠加Cb1上已充的 静态电压VBEQ，然后加在BJT的b-e间， 即
vBE=VBEQ+ vi
40
华中科技大学 张林
5.3.1 BJT放大电路的图解分析法
22
华中科技大学 张林
5.1.4 BJT的主要参数
由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定 过损耗区、过电流区和击穿区。
过流区
过 压 区
输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
23
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5.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
时，发射结正偏，集电结反 偏。
17
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5.1.4 BJT的主要参数
1. 电流放大系数
(1) 共发射极直流电流放大系数 β
βICICEO IC
IB
IB
vCE const
(2) 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const
18
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5.1.4 BJT的主要参数
1. 内部载流子的传输过程 发射区：发射载流子 集电区：收集载流子 基区：传送和控制载流子
（以NPN为例）
IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBO
载流子的传输过程
9
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2. 电流分配关系
根据传输过程可知 IE=IB+ IC
设
传输到集电极的电流
发射极注入电流
即 InC
IE
vBE =VCC－iBRb
且电容Cb1充电完成后，其
vs
电压等于VBEQ
输出回路方程相同
vCE=VCC－iCRc
动态时，输入信号vi叠加Cb1上已充的 静态电压VBEQ，然后加在BJT的b-e间， 即
vBE=VBEQ+ vi
40
华中科技大学 张林
5.3.1 BJT放大电路的图解分析法
华中科技大学模电课件第一章
[o ( ) i ( )]
–
Ii
Rs
+ Vi
–
放大电路
Io
+
Vo
RL
–
或写为 AV AV ( ) ( )
Av为什么是 f 的函数？
其中
AV ( )
Vo ( j ) Vi ( j )
原因：放大电路存在电抗 称为幅频响应 元件，如电容、电感。
( ) o ( ) i ( ) 称为相频响应
他山之石
模拟电子技术基础
美国德克萨斯仪器公司 /
美国模拟器件公司 /
美国先进微电子器件公司 /
模拟电子技术基础
九、联系方式
•姓名：邓天平 •单位：华工电信系
•Email: dtphust@
VT
R o
Vs 0, Rs 0,RL
IT
+ Vs=0
–
注意：输入、输出电阻为交流电阻
放
Ro
大
+
电
AVOVi
路–
+ Vo RL –
放大电路
IT
+ VT
–
Ro
模拟电子技术基础
1.5 放大电路的主要性能指标
3. 增益
反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量 转换为输出信号能量的能力
四种增益
RL
由此可见 RL
AV 即负载的大小会影响增益的大小
要想减小负载的影响，则希望…？ （考虑改变放大电路的参数）
Ro RL
理想情况 Ro 0
2 放大电路模型
另一方面，考虑到
输入回路对信号源的
+
衰减
Vs
有
模拟电子技术教学PPT
A +
3k
6V
UAB
12V
– B
电路如图，求：UAB
取 B 点作参考点， 断开二极管，分析二 极管阳极和阴极的电 位。
V阳 =－6 V V阴 =－12 V V阳>V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V 否则， UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V
在这里，二极管起钳位作用。
0 8V
ui
二极管阴极电位为 8 V
电路的传输特性
ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui
二极管的用途： 1.整流：将正弦交流信号变为单向信号 2.检波：将周期非正弦信号变为单向信号 3.钳位：二极管一端与固定电位相连接，另一端 不高于（低于）该电位。 不同方向钳位构成限幅电路 4.开关：用于数字电路 5.元件保护：二极管反向并联，限制其端电压 6.温度补偿：利用半导体的温度特性
P区的空穴向N区扩散并与电子复合
空间电荷区
N区
成一个PN结 。
N区的电子内向电P区场扩方散并向与空穴复合
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第1章
在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡。
P区 少子漂移
空间电荷区
N区
多子扩散
内电场方向
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P 少子漂移
空间电荷区
N
结论：
多子扩散
内电场方向
在PN结中同时存在多子的扩散运动和少子的漂移运动。
导-5通0 时-2的5 正向电压压降：硅
管约为:0.6V～0.8V,锗管
O 0.4 击穿电压
0.8
华中科技大学-模拟电子技术课件-ch05
1. Basic Bipolar Junction Transistor 2. DC Analysis of Transistor Circuits 5.4 Bipolar Transistor Biasing
1
5.1 Basic Bipolar Junction Transistor
1. Transistor Structure 2. NPN Transistor: Forward-Active Mode Operation 3. PNP Transistor: Forward-Active Mode Operation 5. Current-Voltage Characteristic 6. BJT Main Parameters
2
Lec 05
华中科技大学电信系 张林
5.1 Basic Bipolar Junction Transistor (BJT)
Discrete BJT packages
3
Lec 05
华中科技大学电信系 张林
5.1 Basic Bipolar Junction Transistor (BJT)
5.1.1 Transistor Structure
It is called the forward-active operating mode, or active region.
1. Transfer process of carriers
(1) Emitter region emit carriers into base.
(2) Collector region collect carriers injected base from emitter.
4
Lec 05
华中科技大学电信系 张林
1
5.1 Basic Bipolar Junction Transistor
1. Transistor Structure 2. NPN Transistor: Forward-Active Mode Operation 3. PNP Transistor: Forward-Active Mode Operation 5. Current-Voltage Characteristic 6. BJT Main Parameters
2
Lec 05
华中科技大学电信系 张林
5.1 Basic Bipolar Junction Transistor (BJT)
Discrete BJT packages
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Lec 05
华中科技大学电信系 张林
5.1 Basic Bipolar Junction Transistor (BJT)
5.1.1 Transistor Structure
It is called the forward-active operating mode, or active region.
1. Transfer process of carriers
(1) Emitter region emit carriers into base.
(2) Collector region collect carriers injected base from emitter.
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Lec 05
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¾ 与BJT对比，如何体现控制关系？
VDD
iD vGS vDS
iD
iC iB vCE vGS 对iD的控制
s
VGG
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线 VDD
＋
耗尽层
预夹断点
vGS1＝VGS＞VT
s
VGG
g
d
vGS2＝VGS＞VT O 截止区 vGS3＜VT vDS
Lec 05
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
其它类型的MOSFET —— N沟道耗尽型MOSFET
二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子，已存在导电沟道 可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流
s g 掺杂后具有正 离子的绝缘层 d 二氧化硅
d 衬底 g B s
＋＋＋＋＋＋＋ ＋＋＋ ＋ ＋ N N 耗尽层 N 型沟道 P
s
VDD
VGG
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
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
iD
耗尽层
VDD s VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
8 Lec 05
vDS
华中科技大学电信系 张林
整个沟道呈楔形分布
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
原理小结
沟道中只有一种类型的载流子参与导电，所以场效应管也称 为单极型三极管。 MOSFET的栅极是绝缘的，所以iG≈0，输入电阻很高。 MOSFET是电压控制电流器件（VCCS），iD受vGS控制。 只有当vGS>VT时，增强型MOSFET的d、s间才能导通。 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。
预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V
i D = f (v DS ) vGS = const.
iD/mA
② 可变电阻区 vGS >VT ，vDS <（vGS－VT）
＋
VDS一定，VGS变化时
给定一个vGS ，就有一 条不同的 iD – vDS 曲线。
iD
耗尽层
VDD s VGG g
d
预夹断点
vGS1＝VGS＞VT
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
vGS2＝VGS＞VT O 截止区 vGS3＜VT vDS
Lec 05
耗尽层
11
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
（2）VDS对沟道的控制作用 当VGS一定（VGS >VT ）时，
s
VDD VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
VDS↑ →ID↑ →沟道电位梯度↑ 当VDS增加到使VGD=VT 时，
在紧靠漏极处出现预夹断。
iD
耗尽层
VDD s VGG g
d
A
预夹断点
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
9 Lec 05
13
Lec 05
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 可以构成双口吗？
d T s B T s 共源 g 共栅 B d g B T d 共漏 s
g
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Lec 05
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程
预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V
2 0 3 6 9
截止区
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vDS/V
－6
－4
－2
0
2
4
vGS/V
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
其它类型的MOSFET —— P沟道MOSFET
d d
g
B
g
B
s
s
¾ 衬底是什么类型的半导体材料？ ¾ 哪个符号是增强型的？ ¾ 在增强型的P沟道MOSFET 中， vGS 应加什么极性的电压 才能工作在饱和区（线性放大区）？
开启电压
必须依靠栅极外加电压才能产生反 型层的MOSFET称为增强型器件
7 Lec 05
s
VGG
g
d
N
＋
N
N 型感生沟道（反型层）
＋
耗尽层
P B 衬底引线
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（2）VDS对沟道的控制作用 当VGS一定（VGS >VT ）时，
rdso是一个受vGS控
制的可变电阻
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程 ② 可变电阻区
iD ≈ 2 K n ( vGS − VT ) vDS 1 rdso = 2 K n (VGS − VT )
iD/mA 可变电阻区 2 (非饱和区) 饱和区 1.5 2.5V 1 预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V
可变 电阻区 vDS <VGS-VT
饱和区 vDS≥VGS-VT
B
s
VGG
g
d
A
预夹断点
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
vDS
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（3）VDS和VGS同时作用时
s
VDD VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
i D = f (v DS ) vGS = const.
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。
iD/mA
可变电阻区 2 (非饱和区)
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Lec 05
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程
2 iD = K n [2( vGS − VT ) vDS − vDS ]
可变电阻区 2 (非饱和区)
由于vDS较小，可近似为
iD ≈ 2 K n ( vGS − VT ) vDS
rdso
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dvDS = di D
Lec 05
vGS
1 = 2 K n (VGS − VT ) =常数
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Lec 05
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
与BJT类似，FET也有器件参数，选用时必须以此为依据 一、直流参数
1. 开启电压VT （增强型参数） 2. 夹断电压VP （耗尽型参数） 3. 饱和漏电流IDSS （耗尽型参数） 4. 直流输入电阻RGS （109Ω～1015Ω ）
N
＋
W
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
N沟道增强型结构
源极 s 铝 栅极 g 铝 漏极 d 铝 SiO2 绝缘层
d 衬底 g B s
N
＋
N
P 型硅衬底
＋
耗尽层
B 衬底引线
剖面图
符号
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（1）VGS对沟道的控制作用 当VGS≤0时 无导电沟道， d、s间加 电压时，也无电流产生。 当0 <VGS <VT 时 产生电场，但未形成导电 沟道（反型层），d、s间加电 压后，没有电流产生。
s VGG s VGG g d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
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Lec 05
张林
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MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程 ③ 饱和区 （恒流区又称放大区） vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT）
iD/mA 可变电阻区 2 (非饱和区) 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V 预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V
I-V 特性：
iD = K n ( vGS − VT ) 2
必 须 让 FET 工 作 在 饱 和 区 （Lec 05
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MOSFET是如何实现信号放大的？
VDD
iD vGS vDS
iD
iC iB vCE vGS 对iD的控制
s
VGG
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线 VDD
＋
耗尽层
预夹断点
vGS1＝VGS＞VT
s
VGG
g
d
vGS2＝VGS＞VT O 截止区 vGS3＜VT vDS
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N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
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MOSFET是如何实现信号放大的？
其它类型的MOSFET —— N沟道耗尽型MOSFET
二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子，已存在导电沟道 可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流
s g 掺杂后具有正 离子的绝缘层 d 二氧化硅
d 衬底 g B s
＋＋＋＋＋＋＋ ＋＋＋ ＋ ＋ N N 耗尽层 N 型沟道 P
s
VDD
VGG
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
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
iD
耗尽层
VDD s VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
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vDS
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整个沟道呈楔形分布
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
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MOSFET是如何实现信号放大的？
原理小结
沟道中只有一种类型的载流子参与导电，所以场效应管也称 为单极型三极管。 MOSFET的栅极是绝缘的，所以iG≈0，输入电阻很高。 MOSFET是电压控制电流器件（VCCS），iD受vGS控制。 只有当vGS>VT时，增强型MOSFET的d、s间才能导通。 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。
预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V
i D = f (v DS ) vGS = const.
iD/mA
② 可变电阻区 vGS >VT ，vDS <（vGS－VT）
＋
VDS一定，VGS变化时
给定一个vGS ，就有一 条不同的 iD – vDS 曲线。
iD
耗尽层
VDD s VGG g
d
预夹断点
vGS1＝VGS＞VT
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
vGS2＝VGS＞VT O 截止区 vGS3＜VT vDS
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耗尽层
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MOSFET是如何实现信号放大的？
（2）VDS对沟道的控制作用 当VGS一定（VGS >VT ）时，
s
VDD VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
VDS↑ →ID↑ →沟道电位梯度↑ 当VDS增加到使VGD=VT 时，
在紧靠漏极处出现预夹断。
iD
耗尽层
VDD s VGG g
d
A
预夹断点
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
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MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 可以构成双口吗？
d T s B T s 共源 g 共栅 B d g B T d 共漏 s
g
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程
预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V
2 0 3 6 9
截止区
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vDS/V
－6
－4
－2
0
2
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vGS/V
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MOSFET是如何实现信号放大的？
其它类型的MOSFET —— P沟道MOSFET
d d
g
B
g
B
s
s
¾ 衬底是什么类型的半导体材料？ ¾ 哪个符号是增强型的？ ¾ 在增强型的P沟道MOSFET 中， vGS 应加什么极性的电压 才能工作在饱和区（线性放大区）？
开启电压
必须依靠栅极外加电压才能产生反 型层的MOSFET称为增强型器件
7 Lec 05
s
VGG
g
d
N
＋
N
N 型感生沟道（反型层）
＋
耗尽层
P B 衬底引线
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MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（2）VDS对沟道的控制作用 当VGS一定（VGS >VT ）时，
rdso是一个受vGS控
制的可变电阻
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程 ② 可变电阻区
iD ≈ 2 K n ( vGS − VT ) vDS 1 rdso = 2 K n (VGS − VT )
iD/mA 可变电阻区 2 (非饱和区) 饱和区 1.5 2.5V 1 预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V
可变 电阻区 vDS <VGS-VT
饱和区 vDS≥VGS-VT
B
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VGG
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A
预夹断点
N
＋
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P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
vDS
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¾ 如何让该MOSFET导电？
（3）VDS和VGS同时作用时
s
VDD VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
i D = f (v DS ) vGS = const.
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。
iD/mA
可变电阻区 2 (非饱和区)
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MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程
2 iD = K n [2( vGS − VT ) vDS − vDS ]
可变电阻区 2 (非饱和区)
由于vDS较小，可近似为
iD ≈ 2 K n ( vGS − VT ) vDS
rdso
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dvDS = di D
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vGS
1 = 2 K n (VGS − VT ) =常数
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MOSFET是如何实现信号放大的？
与BJT类似，FET也有器件参数，选用时必须以此为依据 一、直流参数
1. 开启电压VT （增强型参数） 2. 夹断电压VP （耗尽型参数） 3. 饱和漏电流IDSS （耗尽型参数） 4. 直流输入电阻RGS （109Ω～1015Ω ）
N
＋
W
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N沟道增强型结构
源极 s 铝 栅极 g 铝 漏极 d 铝 SiO2 绝缘层
d 衬底 g B s
N
＋
N
P 型硅衬底
＋
耗尽层
B 衬底引线
剖面图
符号
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MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（1）VGS对沟道的控制作用 当VGS≤0时 无导电沟道， d、s间加 电压时，也无电流产生。 当0 <VGS <VT 时 产生电场，但未形成导电 沟道（反型层），d、s间加电 压后，没有电流产生。
s VGG s VGG g d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
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张林
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MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程 ③ 饱和区 （恒流区又称放大区） vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT）
iD/mA 可变电阻区 2 (非饱和区) 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V 预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V
I-V 特性：
iD = K n ( vGS − VT ) 2
必 须 让 FET 工 作 在 饱 和 区 （Lec 05
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