《模拟电路教案》word版

教案
第一部分课程概况
一、课程的性质、目的与任务
《模拟电子技术》是电子专业必修的一门专业基础课。

通过本课程的学习，使学生掌握半导体基本器件的原理、特性及其选用，了解和掌握常用模拟集成器件的外特性及其应用，掌握基本单元电路的组成、工作原理及其重要性能指标的估算，具有一定的读图能力和初步设计电路的能力，具有一定的动手实践能力和解决问题的能力，为后续课程的学习打下良好的基础。

二、与其它课程的联系
学习本课程应具备《高等数学》，《大学物理》和《电路分析》理论方面的基础。

后续课程为《数字电子技术基础》，《高频电路》，《电子测量仪器》、《电视原理》和《电器控制技术》等课程。

三、课程的特点
1．对基本概念、基本分析方法的要求并重；
2．本课程理论性和实践性都较强；
3．实验课程是重要的学习与实践环节，课程设计是重要的补充。

四、教学总体要求
1．理解半导体基本器件的原理，特性、主要参数及其选用；
2．掌握信号放大基本单元电路的组成、工作原理及分析计算方法；
3．掌握信号的运算和处理基本单元电路的组成、工作原理及其分析计算方法；
4．掌握信号的发生和转换单元电路的组成、基本原理及其重要技术指标的计算；
5．通过实验课，理解信号的产生、放大、运算等各种不同处理方法及其采用相应不同的单元电路增强实践能力，掌握必要的测试技能和整理实验数据的能力。

五、教材及教学参考资料
教材：《模拟电子技术》
主编：胡宴如
参考资料：《电子技术基础》
主编：康华光
第二部分教学内容和教学要求
绪论及第一章常用半导体器件
教学内容：
1．半导体中的载流子和导电规律，PN结的原理和特性；
2．半导体二极管、三极管工作原理、特性曲线和主要参数；
3．场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。

教学要求：
了解常用半导体器件的基本结构、工作原理和主要参数，掌握外特性，能正确选择和使用这些器件。

教学建议：
1．二极管、三极管、N沟道结型和绝缘栅型增强型场效应管的外特性、主要参数的物理意义是本章重点；
2．采用多媒体教学课件进行教学。

绪论
一、课程名称简介
1、信号按时间可分为：模拟信号和数字信号
2、信号按工作频率可分为：微波、高频、低频信号
3、本课程主要研究低频模拟信号。

二、电子技术发展史
三、电子技术应用概况
四、课程特点
五、与其他课程的比较
1、《模拟电子技术》与《电路分析》(见表)
2、《模拟电子技术》与《数字电子技术》(见表)
六、学习方法和学习要求
七、本书内容
八、热门技术及其他知识
第一章常用半导体器件
1.1 半导体基础知识
导体：电阻率小于10－4Ωcm的物质称为导体，载流子为自由电子。

绝缘体：电阻率大于109Ωcm的物质称为绝缘体，基本无自由电子。

半导体：电阻率介于导体、绝缘体之间的物质称为半导体，主要有硅、锗等（4价元素）材料。

其电阻率在各种因素（掺杂、光照、电场、磁场）作用下变化巨大，电阻率且随温度增加而减小（负温度系数）。

1. 1. 1 本征半导体
纯净的不含其它杂质的半导体称为本征半导体。

（结构完整）
T = 0°K时，它同绝缘体，无自由电子。

温度升高，热运动使本征半导体的价电子脱离共价键成为自由电子，且在共价键处留下“空穴”。

电子带负电，空穴带正电，是两种载流子。

产生电子—空穴对的过程称为激发，电子—空穴对成对消失的过程称为复合。

本征半导体电子浓度ni和空穴浓度n p相等，且随温度增高而增大。

一定温度下n:和n p 达到动态平衡。

1. 1. 2 杂质半导体
半导体掺入杂质,电阻率急剧下降。

例:室温下,纯锗电阻率约为47Ωcm,掺入百万分之一的硼,电阻率下降到1Ωcm。

一、N型半导体
掺入五价元素磷、锑、砷等构成。

其电子多，是多子。

空穴是少子。

五价元素为施主原子。

二、P型半导体
掺入三价元素硼、镓、铟等构成。

空穴是多子，电子为少子。

三价元素为受主原子。

§1. 2 半导体二极管
1. 2. 1 PN结及其单向导电性
P型和N型半导体通过一定的工艺制造在一起，则它们接触面上形成一个特殊的薄层称为PN结。

一、PN结中载流子的运动
在PN结界面的两侧，由多数载流子扩散形成了一个由不能移动的正负离子组成的空间电荷区，因而产生了一个电位差V D，称电位壁垒，它的电场方向由N区指向P区，阻碍了扩散运动，却使少数载流子作漂移运动。

扩散作用使得空间电荷区增宽，导致内电场增强，结果又导致漂移作用增强，当多子的扩散运动和少子的漂移运动相等时，就达到了某种动态平衡，此时空间电荷区宽度不变。

空间电荷区又称为耗尽层、阻档层、势垒区，其厚度约为几—几十微米。

电位壁垒（硅0.6—0.8V）（锗0.2—0.3V）
平衡时，PN结无电流流过。

（图1、2、1）
二、PN结的单向导电性
1．PN结加正向电压
（图1、2、2）
如图，当P区接“＋”，N区接“—”，称为PN结正向偏置（正偏）。

此时，外电场削弱了内建电场，多子扩散顺利进行，可形成较大的扩散电流。

外加电压越大，内建电场越削弱，扩散电流越增加，PN结呈导通状态，电阻很小。

2．PN结加反向电压
图1、2、3
如图，当N接“＋”，P接“－”称为反向偏置（反偏）
此时，外电场增强了内电场，扩散难于进行，少数载流子将在电场作用下形成漂移运动，产生漂移电流，由于少子浓度低，该电流很小，且在一定温度下，电流的值不随外电压增大而继续增大，达到饱和，称为反向饱和电流I S，当稳度升高时，由于少子浓度增大，反向饱和电流I S也将增大。

综合上述情况，可知PN结具有单向导电性，正偏时，为导通状态，反偏时，为截止状态。

1. 2. 2 二极管的伏安特性
一、二极管的结构、符号、分类
给PN结装上管壳，再引出两个电极，就可构成二极管，其符号为：
4A
B C Nu mber Rev isio n 23-Oct-2003Sheet o f
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..
.区R N +
的PN 结
阳极阴极
+U U D I 阳极：从P 区引出 阴极：从Ｎ区引出
分类：按所用材料分为硅管、锗管。

按PN 结形式分为：点接触型、面接触型、平面型。

按用途分为：整流、检波、开关、发光、光电、变容、稳压等。

二、二级管伏安特性曲线
实验测得曲线如图所示：
图1、2、5
1．正向特性：
a. 死区：当电压超过某一电压值时，电流明显增大，该电压称死区电压。

硅管，约在0.5V 左右；锗管，约在0.1V 左右。

b.指数区：当正向电压超过死区电压后，电流电压关系基本呈指数关系。

c.线性区：当电压较大时，电流电压基本呈线性关系，此时，硅管电压通常为0.7V左
右，锗管为0.2V左右。

2．反向特性：
反向饱和电流区：反向饱和电流I S基本不随外电压变化，但与温度密切相关。

击穿区：反向击穿电压U BR。

特点：特性曲线很陡，电流变化很大，电压基本不变，有稳定电压U Z。

击穿类型：雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿（破坏性击穿）。

理论分析：二极管方程，I = I S(e U/UT－1)
其中U T称温度的电压当量，常温（T = 300°K）时，U T = 26mv，
KT，K为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电量。

U T =
q
1.2.3 二极管的参数
(1) 最大整流电流I F；
(2) 反向击穿电压V BR和最大反向工作电压V RM；
(3) 反向电流I R；
(4) 正向压降V F；
(5) 极间电容C B。

小结：本节主要介绍了二极管的结构和伏安特性。

1.2.4二极管基本电路及其分析方法
1、理想模型
2、恒压降模型
3、折线模型
u i
1.2.5 应用举例
1. 二极管的静态工作情况分析
（1）V DD =10V 时（R=10K Ω） （2）V DD =1V 时（R=10K Ω）
解：(1)V DD =10V
① 使用理想模型得 ② 使用恒压降模型得 ③ 使用折线模型得
(2) V DD =1V
① 使用理想模型得
+-υD i D
V DD
+ - υD i D V DD V D +
-υD i D V DD r D V th
mA R V I V v DD D D 10===mA R
V V I V v D DD D D 93.07.0=-==V I r V v mA r R V V I K r D D th D D
th DD D D 69.0931.02.0=+==+-=Ω=mA R
V I V v DD D D 1.00===
② 使用恒压降模型得
③ 使用折线模型得
2. 限幅电路：
例2.4.2 已知：
，求输出电压V 0 。

(a)
(b)
)5.3(5.35.35.3-++
=>=≤i D
D
o i i o i v r R r v V v v v V v 时，当时，当
3. 开关电路： 例2.
4.3 已知：
利用假定状态分析法知：
设D 1导通，则：v o = 0V ，D 2截止，无矛盾。

设D 2导通，则：v o = 3V ，D 1亦导通，v o = 0V ，矛盾。

故v o = 0V 。

Ω=K R 5V
V DD
5=
v o
Ω=K R 1mA
R V V I V v D
DD D D 03.07.0=-==V
I r V v mA
r R V V I D D th D D
th
DD D 51.0049.0=+==+-=v o
0V
3V
4. 低压稳压电路：
例2.4.4 已知： ， 。

若 变化 ，则硅二极管输出电压变化多少？
小结：本节主要介绍了如何用二极管等效模型分析具体电路。

1.2.5 稳压二极管：
齐纳二极管又称稳压管。

利用二极管反向击穿特性实现稳压。

稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。

1. 符号及稳压特性：如上图所示。

2. 稳压二极管主要参数
(1) 稳定电压V Z ：在规定的稳压管反向工作电流I Z 下，所对应的反向工作电压。

(2) 动态电阻r Z ； (3) 最大耗散功率 P ZM ；
(4) 最大稳定工作电流 I Zmax 和最小稳定工作电流 I Zmin ； (5)稳定电压温度系数——a VZ
稳压管的稳压作用原理在于，电流有很大增量时，只引起很小的电压变化。

反向击穿
V V DD 10=Ω=K R 10DD
V V 1±Ω≈==-=2893.0D
T
d
D DD D I V r mA R V V I 则mV r R r V v d
d DD o 79.22810102813
±=+⨯⨯±=+⨯∆=∆v o r d
ΔV DD R
+
-
-
u o
曲线愈陡，动态电阻愈小，稳压管的稳压性能愈好。

在稳压管稳压电路中一般都加限流电阻R ，使稳压管电流工作在I Zmax 和I Zmix 的稳压范围。

另外，在应用中还要采取适当的措施限制通过管子的电流，以保证管子不会因过热而烧坏。

例：已知：u i 在－12V ～＋12V 之间，绘出u o ～u i 的波形。

u i > 6V 时，第二管工作，u o ＝ 6V ；6V > u i > 3V 时，两管均不工作，u o ＝u i ； u i < 3V 时，第一管工作，u o ＝ 3V ；
例：已知：u i 在－30V ～ ＋30V 之间，试求转移特性曲线。

)(1515)
////)(15
(1515V u R r u R r R r r R R r R u u R u r u R u u V u i d
o L d d d L d i o L o
d o o i i ≈+≈<<<<+=⇒+
-=->时，，当时，当
i
o L i
L
L
o i u u R u R R R u V u V =∞→+=<<-时，当时，当1510
)(1010)////)(10(
)10(10V u R r u R r R r r R R r R u u R u r u R u u V u i d
o L d d d L d
i o L o
d o o
i i -≈+
-≈<<<<-+=⇒=
--+--<时，，当时，当
例：
R
P I I I P V V V V ZM Z Z Z LM Z ax in I ，；求：，；；；，已知：)()(max min Im Im ∈∈
V o
+
-
；时，当ZM Z Z
I Z L P V R V V P R ≤-=∞→)(
max
Im Im min Z Z
ax Z
in
Z I R V V R
V V I ≤--≤
RM
Z ax Z I R P R V V R V V P ≤-≤-=2
Im 2)()( RM L Z P R I I ≤+2max max )(
1.2.6其他类型二极管 一、变容二极管
变容二极管：结电容随反向电压的增加而减小的效应显著的二极管。

最大电容和最小电容之比约为5:1，在高频技术中应用较多。

二、光电子器件
优点：抗干扰能力强，传输量大、损耗小；缺点：光路复杂，信号的操作与调试需精心设计。

1. 光电二极管：
随着科学技术的发展，在信号传输和存储等环节中，越来越多地有效应用光信号。

光电二极管是光电子系统的电子器件。

光电二极管的结构与PN 结二极管类似，管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。

这种器件的PN 结在反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照强度的增加而上升。

光电二极管的主要特点是，它的反向电流与照度成正比，其灵敏度的典型值为0.1mA/lx 数量级。

优点：抗干扰能力强，传输信息量大、传输损耗小且工作可靠。

2. 发光二极管(LED)：
发光二极管通常用元素周期表中Ⅲ、Ⅴ族元素的化合物，如砷化镓、磷化镓等所制成的。

当这种管子通以电流时将发出光来，这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。

光谱范围是比较窄的，其波长由所使用的基本材料而定。

几种常见发光材料的主要参数如
Z
L
Z
Z I Z V R V R V V P )(--=Z LM L LM
L Z V P I P I V ≤⇒≤max
下表所示。

发光二极管常用来作为显示器件，除单个使用外，也常作为七段式或矩阵式器件，工作电流一般为几mA到十几mA。

* cd(坎德拉)：发光强度的单位。

3. 激光二极管：
激光二极管的物理结构是在发光二极管的结间安置一层具有光活性的半导体，其端面经过抛光后具有部分反射功能，因而形成一光谐振腔。

在正向偏置的情况下，LED结发射出光来并与光谐振腔相互作用，从而进一步激励从结上发射出单波长的光，这种光的物理性质与材料有关。

半导体激光二极管的工作原理，理论上与气体激光器相同。

主要应用于小功率光电设备中，如光盘驱动器和激光打印机的打印头等。

小结：本节主要介绍了各种特殊二极管主要特点和简单应用。

1.3 半导体三极管（BJT）
1.3.1 BJT的结构简介：
半导体三极管有两种类型：NPN型和PNP型。

结构特点：发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。

1.3.2 BJT的电流分配与放大原理
三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。

外部条件：发射结正偏，集电结反偏。

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）。

以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管，或BJT (Bipolar Junction Transistor)。

2. 电流分配关系
3. 三极管的三种组态
共发射极接法：发射极作为公共电极，用CE 表示。

共基极接法：基极作为公共电极，用CB 表示。

共集电极接法：集电极作为公共电极，用CC 表示。

4. 放大作用
综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。

实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：
BJT 的三种组态
载流子的传输过程
E C i i ⨯=αE B i i ⨯-=)1(αα
αββ-=
⨯=1B
C i i
发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。

（2）外部条件： 发射结正向偏置，集电结反向偏置。

1.3.3 BJT 的特性曲线
1. 输入特性曲线
const
V BE B CE V f i ==|)(。

(1) 当V V CE 0=时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。

(2) 当V V CE 1≥时，V V V V BE CE CB 0>-=，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的V BE 下，I B 减小，特性曲线右移。

(3) 输入特性曲线的三个部分：死区；非线性区；线性区。

2. 输出特性曲线
放大区：
i C 平行于v CE 轴的区域，曲线基本平行等距。

此时，发射结正偏，集电结反偏。

截止区：
i C 接近零的区域，相当i B =0的曲线的下方。

此时，v BE 小于死区电压，集电结反偏。

饱和区：
i C 明显受v CE 控制的区域，该区域内，一般v CE ＜0.7V (硅管)。

此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。

v CE = 0V
v CE ≥ 1V
const
i CE C B V f i ==|)(
1.3.4 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(2) 共发射极交流电流放大系数
(3) 共基极直流电流放大系数
(4) 共基极交流电流放大系数
当I CBO和I CEO很小时，直流和交流可以不加区分。

2. 极间反向电流
(1) 集电极基极间反向饱和电流I CBO：
发射极开路时，集电结的反向饱和电流。

(2) 集电极发射极间的反向饱和电流I CEO：
即输出特性曲线I B = 0那条曲线所对应的Y坐标的数值。

I CEO也称为集电极发射极间穿透电流。

3. 极限参数
(1) 集电极最大允许电流I CM
(2) 集电极最大允许功率损耗P CM= I C V CE
(3) 反向击穿电压
V
——发射极开路时的集电结反向击穿电压。

(BR)CBO
V
——集电极开路时发射结的反向击穿电压。

(BR) EBO
V
——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。

(BR)CEO
几个击穿电压有如下关系：V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR) EBO
由P CM、I CM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。

小结：本节主要介绍了三极管的结构、工作原理和特性曲线。

1.4 场效应管
1.4.1 结型场效应管
一、JFET的结构和工作原理
1. 结构
在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P+区，就形成两个不对称的PN结，即耗尽层。

把两个P+区并联在一起，引出一个电极g，称为栅极，在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极s和漏极d。

场效应管的与三极管的三个电极的对应关系：
栅极g—基极b；源极s—发射极e；漏极d—集电极c 夹在两个PN结中间的区域称为导电沟道（简称沟道）。

如果在一块P型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N+区，就可以制成一个P沟道的结型场效应管。

P沟道结型场效应管的结构示意图和它在电路中的代表符号如图4.1.2所示(见书157页)。

2. 工作原理
（1）v GS对i D的控制作用
为便于讨论，先假设漏－源极间所加的电压v DS=0。

(a) 当v GS=0时，沟道较宽，其电阻较小。

(b) 当v GS<0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用下，两个PN结耗尽层将加宽。

由于N区掺杂浓度小于P+区，因此，随着|v GS| 的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻增大。

当|v GS| 进一步增大到一定值|V P| 时，两侧的耗尽层将在沟道中央合拢，沟道全部被夹断。

由于耗尽层中没有载流子，因此这时漏－源极间的电阻将趋于无穷大，即使加上一定的电压v DS，漏极电流i D也将为零。

这时的栅－源电压v GS称为夹断电压，用V P表示。

在预夹断处：V GD=V GS－V DS =V P
上述分析表明:
(a) 改变栅源电压v GS的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。

(b) 若同时在漏源-极间加上固定的正向电压v DS，则漏极电流i D将受v GS的控制，|v GS|增大时，沟道电阻增大，i D减小。

(c) 上述效应也可以看作是栅－源极间的偏置电压在沟道两边建立了电场，电场强度的大小控制了沟道的宽度，即控制了沟道电阻的大小，从而控制了漏极电流i D的大小。

（2）v DS对i D的影响
设v GS值固定，且V P<v GS<0。

(a) 当漏-源电压v GS从零开始增大时，沟道中有电流i D流过。

(b) 在v DS的作用下,导电沟道呈楔形
由于沟道存在一定的电阻，因此，i D沿沟道产生的电压降使沟道内各点的电位不再相等，漏极端电位最高，源极端电位最低。

这就使栅极与沟道内各点间的电位差不再相等，其绝对值沿沟道从漏极到源极逐渐减小，在漏极端最大(为|V GD| )，即加到该处PN结上的反偏电压最大，这使得沟道两侧的耗尽层从源极到漏极逐渐加宽，沟道宽度不再均匀，而呈楔形。

(c) 在v DS较小时，i D随v DS增加而几乎呈线性地增加
它对i D的影响应从两个角度来分析：
一方面v DS增加时，沟道的电场强度增大，i D随着增加；另一方面，随着v DS的增加，沟道的不均匀性增大，即沟道电阻增加，i D应该下降，但是在v DS较小时，沟道的不均匀性不明显，在漏极附近的区域内沟道仍然较宽，即v DS对沟道电阻影响不大，故i D随v DS增加而几乎呈线性地增加。

随着v DS的进一步增加，靠近漏极一端的PN结上承受的反向电压增大，这里的耗尽层相应变宽，沟道电阻相应增加，i D随v DS上升的速度趋缓。

(d) 当v DS增加到v DS=v GS-V P，即V GD=v GS -v DS=V P(夹断电压)时，沟道预夹断
此时,漏极附近的耗尽层即在A点处合拢，这种状态称为预夹断。

与前面讲过的整个沟道全被夹断不同，预夹断后，漏极电流i D≠0。

因为这时沟道仍然存在，沟道内的电场仍能使多数载流子(电子)作漂移运动，并被强电场拉向漏极。

(e) 若v DS继续增加，使v DS＞v GS－V P,即V GD＜V P时，耗尽层合拢部分会有增加，即自A 点向源极方向延伸，夹断区的电阻越来越大，但漏极电流i D不随v DS的增加而增加,基本上
趋于饱和，
因为这时夹断区电阻很大，v DS的增加量主要降落在夹断区电阻上，沟道电场强度增加不多，因而i D基本不变。

但当v DS增加到大于某一极限值(用v(BR)DS表示)后，漏极一端PN 结上反向电压将使PN结发生雪崩击穿，i D会急剧增加，正常工作时v DS不能超过v(BR)DS。

综上分析可知：
沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管。

JFET 栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此i G>>0，输入电阻很高。

JFET是电压控制电流器件，i D受v GS控制。

预夹断前i D与v DS，呈近似线性关系；预夹断后，i D趋于饱和。

P沟道结型场效应管工作时，电源的极性与N沟道结型场效应管的电源极性相反。

二、JFET的特性曲线及参数
1. 输出特性；
2. 转移特性
3. 主要参数
①夹断电压V P (或V GS(off))：
②饱和漏极电流I DSS：
③低频跨导g m：
④输出电阻r d：
⑤直流输入电阻R GS：
⑥最大漏源电压V(BR)DS：
⑦最大栅源电压V(BR)GS：
⑧最大漏极功耗P DM：
小结：本节主要介绍了结型场效应管的简单工作原理。

1.4.2 金属-氧化物-半导体场效应管
结型场效应管的输入电阻虽然可达106～109Ω，但在要求输入电阻更高的场合，还是不能满足要求。

本节介绍的金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）具有更高的输入电阻，可1015欧姆。

并具有是制造工艺简单、适于集成电路的优点。

MOS管也有N沟道和P沟道之分，而且每一类又分为增强型和耗尽型两种。

增强型MOS管在v GS=0时，没有导电沟道存在。

而耗尽型MOS管在v GS=0时，就有导电沟道存在。

一、N沟道增强型MOS管
1、结构
在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作漏极d和源极s。

然后在半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏-源极间的绝缘层上再装上一个铝电极,作为栅极g。

在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。

MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。

它的栅极与其它电极间是绝缘的。

图(a)、(b)分别是它的结构示意图和代表符号。

代表符号中的箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。

P沟道增强型MOS管的箭头方向与上述相反，如图(c)所示。

2、N沟道增强型MOS管的工作原理
v
对i D及沟道的控制作用
GS
v
=0 的情况
GS
从下图(a)可以看出，增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。

当栅-源电压v GS=0时，即使加上漏-源电压v DS，而且不论v DS的极性如何，总有一个PN结
处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流i D≈0。

v
>0 的情况
GS
若v GS＞0，则栅极和衬底之间的S i O2绝缘层中便产生一个电场。

电场方向：垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。

电场的作用：这个电场能排斥空穴而吸引电子。

排斥空穴：使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层。

吸引电子：将P型衬底中的电子（少子）被吸引到衬底表面。

导电沟道的形成：
当v GS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如下图(b)
所示。

v
增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当v GS达到某一数值时，这些电子在栅极GS
附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏-源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层，如下图(c)所示。

v
越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟GS
道越厚，沟道电阻越小。

开始形成沟道时的栅—源极电压称为开启电压，用V T表示。

结论：
上面讨论的N沟道MOS管在v GS＜V T时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。

只有当v GS≥V T时，才有沟道形成。

这种必须在v GS≥V T时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。

沟道形成以后，在漏-源极间加上正向电压v DS，就有漏极电流产生。

v
对i D的影响
DS
如图(a)所示，当v GS>V T且为一确定值时，漏-源电压v DS对导电沟道及电流i D的影响与结型场效应管相似。

漏极电流i D沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚，而漏极一端电压最小，其值为V GD=v GS－v DS，因而这里沟道最薄。

但当v DS较小（v DS<v GS–V T）时，它对沟道的影响不大，这时只要v GS一定，沟道电阻几乎也是一定的，所以i D随v DS近似呈线性变化。

随着v DS的增大，靠近漏极的沟道越来越薄，当v DS增加到使V GD=v GS－v DS=VT(或v DS=v GS －V T)时，沟道在漏极一端出现预夹断，如上图(b)所示。

再继续增大v DS，夹断点将向源极方向移动，如上图(c)所示。

由于v DS的增加部分几乎全部降落在夹断区，故i D几乎不随v DS 增大而增加，管子进入饱和区，i D几乎仅由v GS决定。

3. N沟道增强型MOS管的特性曲线、电流方程及参数
（1）特性曲线和电流方程。