模拟电子电路及技术基础(第三版) MOS场效应管对比、参数
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模拟电子电路及技术基础(第三版) 结型场效应管工作原理及特性(1)
结型场效应管工作原理 及特性曲线(1)
2.5
2.5.1 结型场效应管(JFET) N沟道JFET P沟道JFET
2.5.2 绝缘栅场效应管(IGFET) N沟道(IGFET) P沟道(IGFET)
2.5.1 结型场效应管
一. 结型场效应管的结构及工作原理
1. 结型场效应管(JFET )的结构、类型及符号
D 漏漏
D
N沟道
P沟道
漏漏 G
N
PP+
导导型N 导沟
PP+
导道
JFET
D
G
G
P
导N
N+
P
导导导型 沟NP+
道
JFET
D
G
S
S
S 漏漏
S
JFET的基本控制原理：
截面积S
G
D
N
PP+ L型沟RDSPP+
N道
ID + UDS
ID
U DS RDS
RDS
L S
S
-
改变导电沟道的截面积S或沟道长度L即可改变沟道电阻，进而
结型场效应管工作原理及特性曲线(1)
谢谢收看和听讲, 欢迎下次再相见!
UDS
-
S
D
+
G P+
PPP+
NN
UDS
-
S
D
+
G P+
PPP+ UDS
NN
-
S
UDS≥0
UDS = | UGSoff |
耗尽层向沟道延伸， 沟道在漏端被夹
沟道不均匀变窄。 断，即预夹断。
UDS > | UGSoff | 沟道长度略减小， 截面积基本不变。
2.5
2.5.1 结型场效应管(JFET) N沟道JFET P沟道JFET
2.5.2 绝缘栅场效应管(IGFET) N沟道(IGFET) P沟道(IGFET)
2.5.1 结型场效应管
一. 结型场效应管的结构及工作原理
1. 结型场效应管(JFET )的结构、类型及符号
D 漏漏
D
N沟道
P沟道
漏漏 G
N
PP+
导导型N 导沟
PP+
导道
JFET
D
G
G
P
导N
N+
P
导导导型 沟NP+
道
JFET
D
G
S
S
S 漏漏
S
JFET的基本控制原理：
截面积S
G
D
N
PP+ L型沟RDSPP+
N道
ID + UDS
ID
U DS RDS
RDS
L S
S
-
改变导电沟道的截面积S或沟道长度L即可改变沟道电阻，进而
结型场效应管工作原理及特性曲线(1)
谢谢收看和听讲, 欢迎下次再相见!
UDS
-
S
D
+
G P+
PPP+
NN
UDS
-
S
D
+
G P+
PPP+ UDS
NN
-
S
UDS≥0
UDS = | UGSoff |
耗尽层向沟道延伸， 沟道在漏端被夹
沟道不均匀变窄。 断，即预夹断。
UDS > | UGSoff | 沟道长度略减小， 截面积基本不变。
模拟电子技术基础简明教程(第三版) 第一章
(1) UZ > 7 V, U > 0；UZ < 4 V，U < 0； (2) UZ 在 4 ~ 7 V 之间，U 值比较小，性能比较稳定。 2CW17：UZ = 9 ~ 10.5 V，U = 0.09 %/℃ 2CW11：UZ = 3.2 ~ 4.5 V，U = -(0.05 ~ 0.03)%/℃
压 U(BR) – 0.04
反向饱和 电流
反向特性
如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大；
这种现象称击穿，对应电压叫反向击穿电压。
击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后，还可恢复正 常。
3. 伏安特性表达式(二极管方程)
U
I IS (e UT - 1)
IS ：反向饱和电流 UT ：温度的电压当量
半导体导电性能是由其原子结构决定的。
硅原子结构 最外层电子称价电子 锗原子也是 4 价元素
4 价元素的原子常常用+ 4 电荷的 正离子和周围 4个价电子表示。
价电子
(a)硅的原子结构图
+4
(b)简化模型
图 1.1.1 硅原子结构
1.1.1 本征半导体
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
V
R
图 1.2.2
在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电 流过大，可接入电阻 R。
2. PN 结外加反向电压(反偏) 反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；
外电场使空间电荷区变宽； 不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产 生反向电流 I ；
综上所述：
PN 结总的结电容 Cj 包括势垒电容 Cb 和扩散电容 Cd 两部分。一般来说， 当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即可以认为 Cj Cd；当反向 偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为 Cj Cb。
压 U(BR) – 0.04
反向饱和 电流
反向特性
如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大；
这种现象称击穿，对应电压叫反向击穿电压。
击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后，还可恢复正 常。
3. 伏安特性表达式(二极管方程)
U
I IS (e UT - 1)
IS ：反向饱和电流 UT ：温度的电压当量
半导体导电性能是由其原子结构决定的。
硅原子结构 最外层电子称价电子 锗原子也是 4 价元素
4 价元素的原子常常用+ 4 电荷的 正离子和周围 4个价电子表示。
价电子
(a)硅的原子结构图
+4
(b)简化模型
图 1.1.1 硅原子结构
1.1.1 本征半导体
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
V
R
图 1.2.2
在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电 流过大，可接入电阻 R。
2. PN 结外加反向电压(反偏) 反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；
外电场使空间电荷区变宽； 不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产 生反向电流 I ；
综上所述：
PN 结总的结电容 Cj 包括势垒电容 Cb 和扩散电容 Cd 两部分。一般来说， 当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即可以认为 Cj Cd；当反向 偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为 Cj Cb。
《模拟电子技术》第2章3场效应管放大器与单管放大总结
U’O减去有载电压UO除以 输出电流iO ：
Ro
U
' o
Uo
Uo
(U
' o
Uo
1)RL
RL
3. 通频带：
原理：由于寄生电感、电容（布线电感、电容及放大管PN结的 电容效应等）使放大电路在较低频率和较高频率时电压放大倍 数均会下降，并会产生相移。放大量较大的是中间频率。
•不低于中间频率放大倍数0.707倍的频率带，称通频带。
Ui Ii (Rb rbe ) Ib (Rb rbe )
Uo Ic Rc
Au
U o U i
Rc
Rb rbe
Ri
Ui Ii
Rb
rbe
Ro Rc
动态分析：阻容耦合共射放大电路的放大倍数、输入、输出阻抗
Au
U o U i
Ic (Rc ∥ RL ) Ib rbe
RL'
rbe
Aus
第二章3 场效应管放大电路
单管放大器总结
单管放大器总结
场效应管的分类（P49）
• 按工艺结构分两类：结型 和绝缘栅型（MOS）
• 按沟道材料分两类：N沟 道和P沟道
1
2
• 按导电方式分两类：耗尽 型与增强型。
• 共有6类： – 结型管只有耗尽型： 1.结型耗尽型N沟道 2.结型耗尽型P沟道 – 绝缘栅型（MOS）既 有耗尽型，又有增强 型：
)
UT I EQ
952
Au
(Rc ∥ RL ) 11
Rb rbe
Ri Rb rbe 11k Ro Rc 3k
讨论四：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析
80，rbe 1k
I BQ
模拟电子线路(模电)场效应管
ID/mA VDS = VGS –VGS(off) VGS =0V -0. 5V -1V -1. 5V 0 -2V VDS /V
击穿区
VDS 增大到一定值时 → 近漏极 结雪崩击穿 增大到一定值时 漏极PN结雪崩击穿 剧增。 → 造成 ID剧增。 VGS 越负→ 则VGD 越负→ 相应击穿电压 (BR)DS越小 越负→ 越负→ 相应击穿电压 击穿电压V
ID只受 GS控制，而与 DS近似无关。 只受V 控制，而与V 近似无关。 数学模型： 数学模型：
VGS I D ≈ I DSS 1 − V GS(off)
2
在饱和区， 之间满足平方律关系。 在饱和区，JFET的ID与VGS之间满足平方律关系。 的
截止区 沟道全夹断的工作区 条件： VGS < VGS(off) 条件： ， 特点： IG≈0，ID=0 特点：
若VDS=0
|VGS | ↑ 阻挡层宽度↑ 阻挡层宽度↑ N型沟道宽度↓ 型沟道宽度↓ 型沟道宽度 沟道电阻R 沟道电阻 on↑ 继续↑ 若|VGS | 继续↑ 使VGS =VGS (off)夹断电压 VGS +
S G D
P+ N
P+
沟道全夹断
JFET转移特性曲线 转移特性曲线
ID/mA IDSS ID/mA IDSS
U
增加到使 当VDS增加到使VGD ↓=VGS(th)时 → A点出现预夹断 点出现预夹断 VDS VDS + + VGS VGS D + G + G S S U P+ N+ A P N+ P+ N+ A P N+↑→A点左移→出现夹断区 点左移 此时 VAS =VAG +VGS =-VGS(th) +VGS （恒定） 恒定） -
模拟电子技术基础-场效应管的参数和小信号模型
iS S
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
式中
为跨导
rds为FET共源极输出电阻 故
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
或者
rds很大，通常数值在几十千欧，可以忽略
微变等效电路
简化的微变等效电路
g
d
gm ugs
ugs
rds
uds
s
g
ugs s
d gmugs uds
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
易泄露，
而栅极上的绝缘层又很薄，这将在栅极上产生很高的电
场强度，
以致引起绝缘层的击穿而损坏管子。
增强型 G
D G
S
D
耗尽型
S
上页 下页 后退
–
s
–
ig
id
+ ugs
线性
+ uds
– 网络 –
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
N沟道
d
g
s
N沟道 d N沟道 d
g
g
s
s
uGS 反偏 或者 栅极绝缘
g
d
因此 iG= 0
gm ugs
ugs
u rds
ds
ugs 之间相当于开路
s
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
g
ugs s
d
gm ugs
rds
uds
模拟电子技术基础
3.3 场效应管的参数和小信号模型
3.3.1 结型场效应管的主要电参数
1．直流参数
(1) 夹断电压UGS(off)
U u GS(off)
GS
U DS ID
模拟电子技术基础
肖特基三极管结构 *普通三极管由饱和转入截止时间（饱和—放大—截止）较长** *普通三极管集电结并接一个肖特基势垒二极管(SBD)**
1.半导体二极管/三极管/FET
2.电阻
(1)用三极管基区或发射区扩散形成的体电阻
(2)阻值1千欧,很不经济
3.电容
结反偏时的结电容,小于百皮法
半导体器件的制造工艺简介
2.多集电极管和多发射极管
（1）集电极电流与集电区面积成正比 （2）制作多个具有比较稳定电流关系的电流源 **比例关系可做得很精确** ***多集电极管
（1）常作为门电路的输入级电路 ***多发射极极管
肖特基三极管
*开启电压仅0.3V，正向压降0.4V**
肖特基二极管SBD特点
*没有电荷存储效应，开关时间短**
场效应管工作状态估算
例1:VDD=18V,Rs=1KΩ，Rd=3KΩ，Rg=3MΩ，耗尽型MOS管的VP=-5V,IDSS=10mA。试用估算法求电路的静态工作点
例2:分压式自偏压共源放大电路中，已知转移特性，VDD=15V,Rd=5kΩ,Rs=2.5kΩ,R1=200kΩ，R2=300kΩ，Rg=10MΩ，负载电阻RL=5kΩ，并设电容C1、C2和Cs足够大。已知场效应管的特性曲线试用图解法分析静态工作点Q，估算Q点上场效应管的跨导gm
NMOS增强型工作原理（续3） 继续加大VDS， ID适当增加，源-漏电位逐步升高，沟道预夹断
2、NMOS增强型工作原理（续4） （5）预夹断后继续加大VDS，沟道夹断，ID恒定 **漏源增加的电压降在夹断区** NMOS工作原理2
3、N沟道耗尽型MOSFET
SIO2中预埋正离子 υGS负到V GS(off)(VP示)，沟道消失 VGS=0时就存在内建电场，形成沟道
模拟电子技术基础(第三版)期末复习资料
第一章半导体二极管一.半导体的基础知识1.半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。
2.特性---光敏、热敏和掺杂特性。
3.本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。
4.两种载流子----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。
5.杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
体现的是半导体的掺杂特性。
*P型半导体:在本征半导体中掺入微量的三价元素（多子是空穴，少子是电子）。
*N型半导体: 在本征半导体中掺入微量的五价元素（多子是电子，少子是空穴）。
6. 杂质半导体的特性*载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度，少子浓度与温度有关。
*转型---通过改变掺杂浓度，一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。
7. PN结* PN结的单向导电性---正偏导通，反偏截止。
8. PN结的伏安特性二. 半导体二极管*单向导电性------正向导通，反向截止。
*二极管伏安特性----同ＰＮ结。
*正向导通压降------硅管0.7V，锗管0.2V。
*开启电压------硅管0.5V，锗管0.1V。
分析方法------ ----将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:若 V阳 >V阴( 正偏 )，二极管导通(短路或压降0.7V);若 V阳 <V阴( 反偏 )，二极管截止(开路)。
三、稳压二极管及其稳压电路*稳压二极管的特性---正常工作时处在PN结的反向击穿区，所以稳压二极管在电路中要反向连接。
第二章三极管及其基本放大电路一. 三极管的结构、类型及特点 1.类型---分为NPN 和PNP 两种。
2.特点---基区很薄，且掺杂浓度最低；发射区掺杂浓度很高，与基区接触 面积较小；集电区掺杂浓度较高，与基区接触面积较大。
二. 三极管的工作原理 1. 三极管的三种基本组态2. 三极管内各极电流的分配* 共发射极电流放大系数 (表明三极管是电流控制器件)其中I CEO 是穿透电流（越小越好），I CBO 是集电极反向电流。
模拟电子技术基础简明教程(第三版)ppt
本征半导体 杂质半导体
一、本征半导体(intrinsic semiconductor) 本征半导体(intrinsic
1. 半导体 半导体(semiconductor)
半导体的定义： 半导体的定义：将导电能力介于导体和绝缘体之间的一大类物 质统称为半导体 半导体。 质统称为半导体。
两种载流子总是成对出现 称为 电子 – 空穴对
+4 +4 +4
两种载流子浓度相等
电子 – 空穴对
+4
在一定温度下电子 空穴对的 在一定温度下电子 – 空穴对的 产生和复合达到动态平衡。 产生和复合达到动态平衡。
+4
+4
本征载流子的浓度对温度十分敏感
死区 10 电压 0 0.5 1.0 1.5 U/V
二极管正向特性曲线
导通压降： 导通压降：
反向特性 反向饱和电流 反偏时，反向电流值很小， 反偏时，反向电流值很小， IS
UBR
I/mA -10 0 U/V -2
第二节 半导体二极管
PN结及其单向导电性 PN结及其单向导电性 二极管的伏安特性 二极管的主要参数 稳压管
一、PN结及其单向导电性 PN结及其单向导电性
1. PN结中载流子的运动 PN结中载流子的运动
又称耗尽层， PN结 又称耗尽层，即PN结。 漂移 内电场又称阻挡层， 内电场又称阻挡层，阻止扩散 又称阻挡层 运动，却有利于漂移运动。 运动，却有利于漂移运动。
+4
共价键covalent 共价键covalent bond
晶体中的价电子与共价键
2. 本征半导体(intrinsic semiconductors) 本征半导体( semiconductors) 纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。 纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。 本征半导体 在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强， 在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强， 在热力学温度零度（ 在热力学温度零度（即T = 0 K ）时， 价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚， 价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚， 晶体中不存在能够导电的载流子， 晶体中不存在能够导电的载流子， 半导体不能导电，如同绝缘体一样。 绝缘体一样 半导体不能导电，如同绝缘体一样。
一、本征半导体(intrinsic semiconductor) 本征半导体(intrinsic
1. 半导体 半导体(semiconductor)
半导体的定义： 半导体的定义：将导电能力介于导体和绝缘体之间的一大类物 质统称为半导体 半导体。 质统称为半导体。
两种载流子总是成对出现 称为 电子 – 空穴对
+4 +4 +4
两种载流子浓度相等
电子 – 空穴对
+4
在一定温度下电子 空穴对的 在一定温度下电子 – 空穴对的 产生和复合达到动态平衡。 产生和复合达到动态平衡。
+4
+4
本征载流子的浓度对温度十分敏感
死区 10 电压 0 0.5 1.0 1.5 U/V
二极管正向特性曲线
导通压降： 导通压降：
反向特性 反向饱和电流 反偏时，反向电流值很小， 反偏时，反向电流值很小， IS
UBR
I/mA -10 0 U/V -2
第二节 半导体二极管
PN结及其单向导电性 PN结及其单向导电性 二极管的伏安特性 二极管的主要参数 稳压管
一、PN结及其单向导电性 PN结及其单向导电性
1. PN结中载流子的运动 PN结中载流子的运动
又称耗尽层， PN结 又称耗尽层，即PN结。 漂移 内电场又称阻挡层， 内电场又称阻挡层，阻止扩散 又称阻挡层 运动，却有利于漂移运动。 运动，却有利于漂移运动。
+4
共价键covalent 共价键covalent bond
晶体中的价电子与共价键
2. 本征半导体(intrinsic semiconductors) 本征半导体( semiconductors) 纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。 纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。 本征半导体 在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强， 在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强， 在热力学温度零度（ 在热力学温度零度（即T = 0 K ）时， 价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚， 价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚， 晶体中不存在能够导电的载流子， 晶体中不存在能够导电的载流子， 半导体不能导电，如同绝缘体一样。 绝缘体一样 半导体不能导电，如同绝缘体一样。
模拟电子技术基础_014讲义(场效应管)PPT课件
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如果在制造MOS管时，在SiO2绝缘层中掺人大量正离子，那么 即使υGS=0，在正离子作用下P型衬底表层也存在反型层，即漏— 源之间存在导电沟道，只要在漏—源间加正向电压，就会产生漏 极电流，并且υGS为正时，反型层变宽，沟道电阻变小，iD增大； 反之，υGS为负时，反型层变窄，沟道电阻变大，iD减小。而当υGS 从零减小到一定值时，反型层消失，漏—源之间导电沟道消失，iD =0。此时的υGS称为夹断电压。
当 D再S 增加时，耗尽区沿沟道加长它们的接触部分，这时 略iD 有增
加但基本恒定。这时的电流称漏极饱和电流，用 I表DS示S 。
5
6
（3）g、s间加负电压，d、S间加正电压的情况：
7
（ 1 ） JFET 栅 极 和 沟 道 间 的 PN 结 是 反 偏 的 ， 因 此
其 iG ，0 输入电阻很高；
（2）JFET是电压控制电流器件，iD
受
控制。
GS
（3）预夹断前，iD 与 DS 呈近似线性关系；预夹断后 iD
趋于饱和。
8
它是指栅源电压一定的情况 下，漏极电流与漏源电压之间 的关系曲线。即
iD f ( ) DS GS常数
Ⅰ区（可变电阻区）
Ⅱ区（饱和区或恒流区）
Ⅲ区（击穿区）
夹断区（或截止区）
1.4 场效应管
场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的 半导体器件。 优点：（1）体积小、重量轻、耗电少、寿命长；
（2）输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射 能力强、制造工艺简单； 分类：（1）结型场效应管（JFET）
（2）金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）
1
一、结型场效应管
N沟道JFET
模拟电子技术第3章 场效应管及其放大电路
vGS vDS VP
vDS vGS VP
vGS＞VP且不变，VDD增大，iD增大。
vGD＝VP 预夹断
vDS vGS VP
vGD＝VP 预夹断
vDS vGS VP
vGD<VP
vDS vGS VP
VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的 电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎 仅仅决定于vGS。
3．P沟道MOS管 P沟道MOS管是在N型衬底表面生成P型反型层
作为导电沟道。P沟道MOS管与N沟道MOS管的
结构和工作原理类似，并且也有增强型和耗尽型 两种。使用时，栅源电压 vGS 和漏源电压 vDS 的极 性与N沟道MOS管相反。
N沟道 (uGS＜0，uDS＞0) 结型 P沟道 (uGS＞0，uDS＜0) N沟道 (uGS＞0，uDS＞0) 场效应管 增强型 P沟道 (uGS＜0，uDS＜0) 绝缘栅型 N沟道 (uGS 极性任意， uDS＞0) 耗尽型 P沟道 (u 极性任意， u ＜0) GS DS
2 VT
2 VT
I DO iD
I DO I DQ
iD gm vGS
VDS
vGS ( I DO ( 1) 2 ) VT vGS
2 gm VT
I DO I DQ
I DSS I DQ
2 对结型管： g m VP
i
2．共源极放大电路的动态分析
R2
+ vO
vi
R1
vo
2. 结型场效应管的特性曲线及电流方程
（1）输出特性
iD f (vDS ) vGS 常数
预夹断轨迹，vGD＝VP
IDSS g-s电压 控制d-s的 等效电阻
vDS vGS VP
vGS＞VP且不变，VDD增大，iD增大。
vGD＝VP 预夹断
vDS vGS VP
vGD＝VP 预夹断
vDS vGS VP
vGD<VP
vDS vGS VP
VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的 电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎 仅仅决定于vGS。
3．P沟道MOS管 P沟道MOS管是在N型衬底表面生成P型反型层
作为导电沟道。P沟道MOS管与N沟道MOS管的
结构和工作原理类似，并且也有增强型和耗尽型 两种。使用时，栅源电压 vGS 和漏源电压 vDS 的极 性与N沟道MOS管相反。
N沟道 (uGS＜0，uDS＞0) 结型 P沟道 (uGS＞0，uDS＜0) N沟道 (uGS＞0，uDS＞0) 场效应管 增强型 P沟道 (uGS＜0，uDS＜0) 绝缘栅型 N沟道 (uGS 极性任意， uDS＞0) 耗尽型 P沟道 (u 极性任意， u ＜0) GS DS
2 VT
2 VT
I DO iD
I DO I DQ
iD gm vGS
VDS
vGS ( I DO ( 1) 2 ) VT vGS
2 gm VT
I DO I DQ
I DSS I DQ
2 对结型管： g m VP
i
2．共源极放大电路的动态分析
R2
+ vO
vi
R1
vo
2. 结型场效应管的特性曲线及电流方程
（1）输出特性
iD f (vDS ) vGS 常数
预夹断轨迹，vGD＝VP
IDSS g-s电压 控制d-s的 等效电阻
模拟电子线路3.1 MOS场效应管
N沟道EMOS管工作原理
N沟道EMOS管外部工作条件 改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，以控制 • VDS > 漏极电流 ID0 。 (保证栅漏PN结反偏)。
绝缘栅场效应管利用 VGS 来控制“感应电荷”的多少，
• U接电路最低电位或与S极相连(保证源衬PN结反偏)。 • VGS > 0 (形成导电沟道)
进 一 步 增 加 VGS ， 当 VGS ＞ VGS(th)时（称为开启电压)，此时 的栅极电压已经比较强，在靠 近栅极下方的 P型半导体表层中 聚集较多的电子，可以形成沟 道，将漏极和源极沟通。如果 此时加有漏源电压，就可以形 成漏极电流ID。在栅极下方形成 的导电沟道中的电子，因与 P型 半导体的载流子空穴极性相反 ，故称为反型层。
VDS /V
转移特性曲线中,ID =0 时对应的VGS值,即开启 电压VGS（th） 。
衬底效应
集成电路中，许多MOS管做在同一衬底上，为保证U与S、 D之间PN结反偏，衬底应接电路最低电位（N沟道）或最高 电位（P沟道）。 U
VDS
+
D N+
P+
VUS
+S N+
VGS
ID/mA
+
G
VUS = 0
-2V -4V
P
O
VGS /V
若| VUS | 阻挡层宽度 耗尽层中负离子数 因VGS不变（G极正电荷量不变） 表面层中电子数 ID
根据衬底电压对ID的控制作用，又称U极为背栅极。
P沟道EMOS管
VGS + P+ N
VDS + G P+ D
U N+
模拟电子技术基础第3章
第16页/共29页
设RL=Rd∥RL ，由图可得id＝gmugs ui＝ugs uo＝－id RL＝－gm RL ugs则电压放大倍数输入电阻Ri=Rg3+Rg1∥Rg2输出电阻Ro≈Rd
第17页/共29页
当源极电阻R两端不并联旁路电容C时，共源放大电路的微变等效电路如图所示。
第28页/共29页
第1页/共29页
3.1 绝缘栅场效应管
3.1.1 N沟道增强型MOS管1．结构和符号
第2页/共29页
3.1 绝缘栅场效应管
2．工作原理 3．转移特性曲线与输出特性
第3页/共29页
3.1.2 N沟道耗尽型MOS管
第4页/共29页
3.2 结型场效应管
3.2.1 结型场效应管工作原理
场效应管特点： 1. 场效应管是一种电压控制器件。栅源之间的电压变化来控制漏极电流的变化。 2. 场效应管预置一个偏压 3． 场效应管在正常工作范围内，场效应管的栅极几乎不取电流其输入电流。 输入电阻高。 4. 场效应管为单极型器件， 温度稳定性较好。 5. 场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。 6. 场效应管的跨导较小， 电压放大倍数较低。
第20页/共29页
解：先求场效应管的跨导gm，为此就要计算其静态工作点的栅源电压UGS 。把有关参数代入式（3.3.7），可得UGS=3－2ID解这个方程组，可得UGS≈－1.4V（另一解UGS=－8.2V，小于UGS（off）=－4V，舍去）。
第21页/共29页
解：UGS≈－1.4V可求得跨导
第12页/共29页
例 若图中场效应管为3DJ2G，其参数为UGS（off）=.7V，IDSS=4mA，其他元件参数均标在图上，试确定其静态工作点。解：把有关参数代入式（3.16），可得方程组
设RL=Rd∥RL ，由图可得id＝gmugs ui＝ugs uo＝－id RL＝－gm RL ugs则电压放大倍数输入电阻Ri=Rg3+Rg1∥Rg2输出电阻Ro≈Rd
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当源极电阻R两端不并联旁路电容C时，共源放大电路的微变等效电路如图所示。
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3.1 绝缘栅场效应管
3.1.1 N沟道增强型MOS管1．结构和符号
第2页/共29页
3.1 绝缘栅场效应管
2．工作原理 3．转移特性曲线与输出特性
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3.1.2 N沟道耗尽型MOS管
第4页/共29页
3.2 结型场效应管
3.2.1 结型场效应管工作原理
场效应管特点： 1. 场效应管是一种电压控制器件。栅源之间的电压变化来控制漏极电流的变化。 2. 场效应管预置一个偏压 3． 场效应管在正常工作范围内，场效应管的栅极几乎不取电流其输入电流。 输入电阻高。 4. 场效应管为单极型器件， 温度稳定性较好。 5. 场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。 6. 场效应管的跨导较小， 电压放大倍数较低。
第20页/共29页
解：先求场效应管的跨导gm，为此就要计算其静态工作点的栅源电压UGS 。把有关参数代入式（3.3.7），可得UGS=3－2ID解这个方程组，可得UGS≈－1.4V（另一解UGS=－8.2V，小于UGS（off）=－4V，舍去）。
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解：UGS≈－1.4V可求得跨导
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例 若图中场效应管为3DJ2G，其参数为UGS（off）=.7V，IDSS=4mA，其他元件参数均标在图上，试确定其静态工作点。解：把有关参数代入式（3.16），可得方程组
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各类场效应管对比、参数、 晶体管和场效应管性能对比。
各类场效应管符号对比
M OSFET
JFET
增强型
耗尽型
N 沟道
P 沟道
D
D
N 沟道 D
P 沟道 D
N 沟道 D
P 沟道 D
G
G
G
B G
BG
B G
B
S
S
S
S
S
S
各种类型的FET特性对比
1.输出特性
iD D
G
+
+ FET uDS
-uGS
-
S
可可可可可
2. 增强型MOSFET 开启电压UGSth:当uGS>uGSth时，导电沟道才形成iD≠0。
3. 输入电阻RGS 对结型场效应管，RGS在108 ~ 1012Ω之间。 对MOS管，RGS在1010~1015Ω之间。 通常认为RGS →∞。
场效应管主要参数
二. 交流参数
1. 跨导gm 跨导gm是在恒流区，反映栅源电压对漏极电流控制能力的参数，定义为
gm
I CQ 26 mV
ICQ
▲ MOS管制作工艺简单，集成度高，是当前超大规模集成电路的主流工艺。
9
MOS场效应管工作原理及特性曲线
谢谢收看和听讲, 欢迎下次再相见!
0 123
4
uBE (V) 1 3
UGS(off)
2 2
3 1 UGS(th)
4 IDSS
0
24 6
UGS (V)
8
UGS (V)
平方律关系
uBE
iE iC ISe UT
iD
I
DSS
1
uGS U GS(off)
2
iD
nCox
2
W L
( uGSຫໍສະໝຸດ UGS(th))2
8 6
8
场效应管和晶体管的主要区别包括：
场效应管主要参数
2. 输出电阻r ds 输出电阻rds为
rds
uDS iD
UA I DQ
rds很大，为几十千欧---几兆欧。
三.极限参数
场效应管也有一定的运用极限，若超过这些极限 值，管子就可能损坏。场效应管的极限参数如下：
(1).栅源击穿电压U(BR)GSO。 (2).漏源击穿电压U(BR)DSO。 (3).最大功耗PDM：PDM=ID·UDS
境的干扰, 抗辐射能力强, 温度稳定性好。
▲ 场效应管的源极和漏极结构对称，可以互换使用。晶体管虽然发射区和集电区是同型的杂质半导
体，但由于制作工艺不同，二者不能互换使用。
▲ 与晶体管相比，场效应管跨导gm较小。 场效应管跨导gm与工作点电流的开方成正比; 双极型晶体三极管gm与工作点电流成正比;
gm I DQ
增强型MOS管 电流方程：
iD
nCox 2
W L
(uGS
uGSth )2
gm
diD duGS
Q
nCoxW
L
(uGS
UGSth )
2nCoxW
L
I DQ
该式表明，gm与静态偏压uGSQ成正比，或与静态工作电流IDQ的开方成正比。 增大工作电流，可增大gm 。对MOS管增大器件尺寸(W/L), 可提高跨导值。
gm
diD duGS
uDS C
(ms) gm越大，表明uGS对iD的控制能力越强。几 何意义：
转移特性Q点的切线钭率。
结型或耗尽型 电流方程：
iD
I
DSS
(1
uGS U GSoff
)2
gm
diD duGS
Q
2I DSS U GSoff
(1 uGSQ ) 2 I DSS
U GSoff
U GSoff
I DQ
-uGS
-
S
可 可N可
UGSoff
iD NMOS
可可可 可可可
I DSS
ID0 UGSth
0
uGS
可 可P可
可可可 可可可 PMOS
场效应管的参数及特点
一. 直流参数 1. 结型场效应管和耗尽型MOSFET (1). 饱和漏电流IDSS (ID0)：IDSS(ID0)指的是对应uGS=0时的漏极电流。 (2). 夹断电压UGSoff：|uGS|=UGSoff时，iD=0。
NPN晶体管
结型场效应管JEFT
增强型NMOSEFT
iB (A)
90 60 30
0 0.5 0.6 0.7 UBE(on)
指数关系
uBE (V)
iD (miBA()A) UBE(on) 0.7 0.6IDSS0.54 0
UGS(off)
3 30
2
60 1
3 2 1
0 9U0GS (V)
iDiD(m(Am)A)
▲ 晶体管处于放大状态或饱和状态时，存在一定的基极电流，输入电阻较小。场效应管中，JFET
的输入端PN结反偏，MOSFET则用SiO2绝缘体隔离了栅极和导电沟道，所以场效应管的栅极电流近似为 零，输入电阻极大。
▲ 晶体管中主要导电依靠基区中非平衡少子的扩散运动，所以导电能力容易受外界因素如温度的影
响。场效应管则依靠自由电子或空穴之一的多子在导电沟道中作漂移运动实现导电，导电能力不易受环
__34 _5 _6
2 1
0
_1
4 3 2
1
可 可 可
UGS /V
_ 7 _2 0
可 可 可 可 可 可 P可
可可
PMOS
iD
N 可 NMOS
可可 可可可 可可可
0 27
UGS /V
可
_1
1
6
可 _2 0 5
可
_ _
3 4
__12
4 3
0 可可可
u DS
2. 转移特性
iD D
G
+
+ FET uDS
各类场效应管符号对比
M OSFET
JFET
增强型
耗尽型
N 沟道
P 沟道
D
D
N 沟道 D
P 沟道 D
N 沟道 D
P 沟道 D
G
G
G
B G
BG
B G
B
S
S
S
S
S
S
各种类型的FET特性对比
1.输出特性
iD D
G
+
+ FET uDS
-uGS
-
S
可可可可可
2. 增强型MOSFET 开启电压UGSth:当uGS>uGSth时，导电沟道才形成iD≠0。
3. 输入电阻RGS 对结型场效应管，RGS在108 ~ 1012Ω之间。 对MOS管，RGS在1010~1015Ω之间。 通常认为RGS →∞。
场效应管主要参数
二. 交流参数
1. 跨导gm 跨导gm是在恒流区，反映栅源电压对漏极电流控制能力的参数，定义为
gm
I CQ 26 mV
ICQ
▲ MOS管制作工艺简单，集成度高，是当前超大规模集成电路的主流工艺。
9
MOS场效应管工作原理及特性曲线
谢谢收看和听讲, 欢迎下次再相见!
0 123
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uBE (V) 1 3
UGS(off)
2 2
3 1 UGS(th)
4 IDSS
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UGS (V)
8
UGS (V)
平方律关系
uBE
iE iC ISe UT
iD
I
DSS
1
uGS U GS(off)
2
iD
nCox
2
W L
( uGSຫໍສະໝຸດ UGS(th))2
8 6
8
场效应管和晶体管的主要区别包括：
场效应管主要参数
2. 输出电阻r ds 输出电阻rds为
rds
uDS iD
UA I DQ
rds很大，为几十千欧---几兆欧。
三.极限参数
场效应管也有一定的运用极限，若超过这些极限 值，管子就可能损坏。场效应管的极限参数如下：
(1).栅源击穿电压U(BR)GSO。 (2).漏源击穿电压U(BR)DSO。 (3).最大功耗PDM：PDM=ID·UDS
境的干扰, 抗辐射能力强, 温度稳定性好。
▲ 场效应管的源极和漏极结构对称，可以互换使用。晶体管虽然发射区和集电区是同型的杂质半导
体，但由于制作工艺不同，二者不能互换使用。
▲ 与晶体管相比，场效应管跨导gm较小。 场效应管跨导gm与工作点电流的开方成正比; 双极型晶体三极管gm与工作点电流成正比;
gm I DQ
增强型MOS管 电流方程：
iD
nCox 2
W L
(uGS
uGSth )2
gm
diD duGS
Q
nCoxW
L
(uGS
UGSth )
2nCoxW
L
I DQ
该式表明，gm与静态偏压uGSQ成正比，或与静态工作电流IDQ的开方成正比。 增大工作电流，可增大gm 。对MOS管增大器件尺寸(W/L), 可提高跨导值。
gm
diD duGS
uDS C
(ms) gm越大，表明uGS对iD的控制能力越强。几 何意义：
转移特性Q点的切线钭率。
结型或耗尽型 电流方程：
iD
I
DSS
(1
uGS U GSoff
)2
gm
diD duGS
Q
2I DSS U GSoff
(1 uGSQ ) 2 I DSS
U GSoff
U GSoff
I DQ
-uGS
-
S
可 可N可
UGSoff
iD NMOS
可可可 可可可
I DSS
ID0 UGSth
0
uGS
可 可P可
可可可 可可可 PMOS
场效应管的参数及特点
一. 直流参数 1. 结型场效应管和耗尽型MOSFET (1). 饱和漏电流IDSS (ID0)：IDSS(ID0)指的是对应uGS=0时的漏极电流。 (2). 夹断电压UGSoff：|uGS|=UGSoff时，iD=0。
NPN晶体管
结型场效应管JEFT
增强型NMOSEFT
iB (A)
90 60 30
0 0.5 0.6 0.7 UBE(on)
指数关系
uBE (V)
iD (miBA()A) UBE(on) 0.7 0.6IDSS0.54 0
UGS(off)
3 30
2
60 1
3 2 1
0 9U0GS (V)
iDiD(m(Am)A)
▲ 晶体管处于放大状态或饱和状态时，存在一定的基极电流，输入电阻较小。场效应管中，JFET
的输入端PN结反偏，MOSFET则用SiO2绝缘体隔离了栅极和导电沟道，所以场效应管的栅极电流近似为 零，输入电阻极大。
▲ 晶体管中主要导电依靠基区中非平衡少子的扩散运动，所以导电能力容易受外界因素如温度的影
响。场效应管则依靠自由电子或空穴之一的多子在导电沟道中作漂移运动实现导电，导电能力不易受环
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可 可 可
UGS /V
_ 7 _2 0
可 可 可 可 可 可 P可
可可
PMOS
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N 可 NMOS
可可 可可可 可可可
0 27
UGS /V
可
_1
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u DS
2. 转移特性
iD D
G
+
+ FET uDS