第四章MOSFET及其放大电路..
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①当VGS=0时，为平衡PN结，导电 沟道最宽。
②当│VGS│↑时，PN结反偏，形成 耗尽层，导电沟道变窄，沟道电 阻增大。
③当│VGS│到一定值时 ，沟道会完 全合拢。 定义： 夹断电压Vp——使导电沟道完全 合拢（消失）所需要的栅源电压 VGS。
6 LBM
（2）漏源电压对沟道的控制作用
在漏源间加电压VDS ，令VGS =0 由于VGS =0，所以导电沟道最宽。 ①当VDS=0时， ID=0。
LBM
17
LBM
4.2.2 N沟道增强型MOSFET管伏安关系式
电阻区： iD
K 2V
n
2 GS VTN VDS VDS
2 2 2 TN
vGS vGS 2 1 I ( 1 ) 放大区：i D K n vGS VTN K nV D0 V VT TN 2 I K V (v ＞V ) I 是 v =2V 时的漏极电流 i 。DO n TN
第4章 MOSFET及其放大电路
1
LBM
第 4章
一、FET原理
场效应管及其放大电路
1. 了解FET分类、电路符号。 2. 理解N-MOSFET工作原理；沟道状态与工作分区。 放大区vGS和vDS对iD的影响。 二、FET的特性曲线 （ N-MOSFET ） 1. 理解iD ~ vGS转移特性曲线、iD ~ vDS输出特性曲线及 其参变量 vGS； 2. 掌握iD ~ vGS之间的平方律公式； 三、FET的偏置电路 1. 电路结构； 2. 静态工作点的联立求解方法。
vGD vGS v DS VTN
(或vDS=vGS-VTN)时 沟道在漏极一端出现预夹断 继续增大vDS，vGD < VTN ， 夹断点将向源极方向移动 iD不随vDS增大而增加，ID仅 由vGS决定。
15 LBM
（3）N沟道增强型MOS管的特性方程
vGD VTN 区域
特性曲线和电流方程
4
LBM
第4章 MOSFET放大电路 4.1 结型场效应管
4.1.1. 结型场效应管的结构（以N沟为例）： 两个PN结夹着一个N型沟道。 三个电极： G：栅极 D：漏极 S：源极 符号：
P区浓度高
5 LBM
4.1.2 结型场效应管的工作原理
（1）栅源电压对沟道的控制作用 在栅源间加负电压VGS ，令 VDS =0
ID=f（ VGS 、VDS）
7
可用输入输出两组特性曲线来 描绘。 LBM
4.1.3 结型场效应三极管的特性曲线
（1）输出特性曲线： iD=f（ VDS ）│VGS=常数
四个区： ①可变电阻区：预夹断前。 ②电流饱和区（恒流区）： 预夹断后。 特点：△ ID /△ VGS ≈常数= gm 即： △ ID = gm △ VGS（放大原理） ③击穿区。 ④夹断区（截止区）。VGS<VP
GS TN DO GS TN D
K n 为N沟道元件的传导参数，单位是A/V2。
令
ox
K' n
Kn
W
C
n
ox
n
C 则
ox
Kn
1 W K' n 2 L
2L
C 是氧化物单位面积的电容，可表示为
18
n
是氧化物的厚度， ox是氧化物的介电常数， 13 3 . 5 10 F / cm 对硅而言， ox 是反型层中电子的迁移率。
②VDS↑→ID ↑ →靠近漏极处的耗尽层加宽， 沟道变窄，呈楔形分布。 ③当VDS ↑，使VGD=VG S- VDS=VP时， 在靠漏极处夹断——预夹断。 ④VDS再↑，预夹断点下移。
预夹断前， VDS↑→ID ↑。 预夹断后， VDS↑→ID 几乎不变。
（3）栅源电压VGS和漏源电压VDS共同作用
P沟道增强型
11
LBM
2、工作原理 P117
（1）、vGS对iD及沟道的控制作用 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vGS=0时，不论vDS的 极性如何，总有一个 PN结处于反偏状态， 这时漏极电流iD≈0。
12
LBM
vGS＞0
P117
当vGS数值较小，吸引电子的 能力不强时，漏源极之间生成耗 尽区（带负电的受主离子），仍 无自由电子，无导电沟道出现。 vGS再增加时，吸引到P衬底 表面层的电子就增多，当vGS达到 某一数值时，这些电子在栅极附 近的P衬底表面便形成一个N型自 由电子薄层，将自由电子层称为 N型沟道，因导电类型与P衬底相 反，故又称为反型层。 把开始形成沟道时的栅源极 电压称为门限电压，用VTN表示。
13 LBM
（2）vDS对 iD 的影响
当vGS>VTN且为一 确定值时，正向电压 VDS对导电沟道及电流 iD的影响与结型场效应 管相似（进入夹断才能 恒流）。 当vDS较小（vDS< vGS -VTN）时
iD随vDS近似呈线性变化，
沟道没有夹断，FET没有进入压控恒流状态。
14 LBM
当vDS增加到vDS=VTN时
t
C
oxwenku.baidu.com
ox / tox
8
LBM
（2）转移特性曲线： ID=f（ VGS ）│VDS=常数
(a) 漏极输出特性曲线
(b) 转移特性曲
9
vGS 2 i D I DSS (1 ) VP
(当
VP vGS 0
时)
LBM
10
LBM
4.2 MOS型场效应管
4.2.1 N沟道增强型MOS管 1、结构与符号
P116
N沟道增强型
VGD VTN 轨迹线
可变电阻区伏安关系：
2 i D K n 2VGS VTN VDS VDS
恒流区
vGD VTN 区域
vGS 2 vGS 3
2
N沟道恒流区伏安特性方程： i D K n vGS VTN
16
2 2 TN
vGS vGS 2 K nV 1 I ( 1 ) D0 V VT TN
2
LBM
四、FET的小信号模型
1. 理解 gm的含义及计算式； 2. 理解rds含义； 3. 完整小信号模型； 4. 掌握低频小信号模型。 五、FET的CS和CD组态放大器 熟练掌握放大器电路的指标计算及特点。
3
LBM
重点、难点知识点
1、基本结构及其导电机理
2、伏安特性及其两种表达方式
3、基本放大电路的静态与动态参数 4、基本放大电路技术指标定义与分析
②当│VGS│↑时，PN结反偏，形成 耗尽层，导电沟道变窄，沟道电 阻增大。
③当│VGS│到一定值时 ，沟道会完 全合拢。 定义： 夹断电压Vp——使导电沟道完全 合拢（消失）所需要的栅源电压 VGS。
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（2）漏源电压对沟道的控制作用
在漏源间加电压VDS ，令VGS =0 由于VGS =0，所以导电沟道最宽。 ①当VDS=0时， ID=0。
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4.2.2 N沟道增强型MOSFET管伏安关系式
电阻区： iD
K 2V
n
2 GS VTN VDS VDS
2 2 2 TN
vGS vGS 2 1 I ( 1 ) 放大区：i D K n vGS VTN K nV D0 V VT TN 2 I K V (v ＞V ) I 是 v =2V 时的漏极电流 i 。DO n TN
第4章 MOSFET及其放大电路
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第 4章
一、FET原理
场效应管及其放大电路
1. 了解FET分类、电路符号。 2. 理解N-MOSFET工作原理；沟道状态与工作分区。 放大区vGS和vDS对iD的影响。 二、FET的特性曲线 （ N-MOSFET ） 1. 理解iD ~ vGS转移特性曲线、iD ~ vDS输出特性曲线及 其参变量 vGS； 2. 掌握iD ~ vGS之间的平方律公式； 三、FET的偏置电路 1. 电路结构； 2. 静态工作点的联立求解方法。
vGD vGS v DS VTN
(或vDS=vGS-VTN)时 沟道在漏极一端出现预夹断 继续增大vDS，vGD < VTN ， 夹断点将向源极方向移动 iD不随vDS增大而增加，ID仅 由vGS决定。
15 LBM
（3）N沟道增强型MOS管的特性方程
vGD VTN 区域
特性曲线和电流方程
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第4章 MOSFET放大电路 4.1 结型场效应管
4.1.1. 结型场效应管的结构（以N沟为例）： 两个PN结夹着一个N型沟道。 三个电极： G：栅极 D：漏极 S：源极 符号：
P区浓度高
5 LBM
4.1.2 结型场效应管的工作原理
（1）栅源电压对沟道的控制作用 在栅源间加负电压VGS ，令 VDS =0
ID=f（ VGS 、VDS）
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可用输入输出两组特性曲线来 描绘。 LBM
4.1.3 结型场效应三极管的特性曲线
（1）输出特性曲线： iD=f（ VDS ）│VGS=常数
四个区： ①可变电阻区：预夹断前。 ②电流饱和区（恒流区）： 预夹断后。 特点：△ ID /△ VGS ≈常数= gm 即： △ ID = gm △ VGS（放大原理） ③击穿区。 ④夹断区（截止区）。VGS<VP
GS TN DO GS TN D
K n 为N沟道元件的传导参数，单位是A/V2。
令
ox
K' n
Kn
W
C
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ox
n
C 则
ox
Kn
1 W K' n 2 L
2L
C 是氧化物单位面积的电容，可表示为
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n
是氧化物的厚度， ox是氧化物的介电常数， 13 3 . 5 10 F / cm 对硅而言， ox 是反型层中电子的迁移率。
②VDS↑→ID ↑ →靠近漏极处的耗尽层加宽， 沟道变窄，呈楔形分布。 ③当VDS ↑，使VGD=VG S- VDS=VP时， 在靠漏极处夹断——预夹断。 ④VDS再↑，预夹断点下移。
预夹断前， VDS↑→ID ↑。 预夹断后， VDS↑→ID 几乎不变。
（3）栅源电压VGS和漏源电压VDS共同作用
P沟道增强型
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LBM
2、工作原理 P117
（1）、vGS对iD及沟道的控制作用 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vGS=0时，不论vDS的 极性如何，总有一个 PN结处于反偏状态， 这时漏极电流iD≈0。
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LBM
vGS＞0
P117
当vGS数值较小，吸引电子的 能力不强时，漏源极之间生成耗 尽区（带负电的受主离子），仍 无自由电子，无导电沟道出现。 vGS再增加时，吸引到P衬底 表面层的电子就增多，当vGS达到 某一数值时，这些电子在栅极附 近的P衬底表面便形成一个N型自 由电子薄层，将自由电子层称为 N型沟道，因导电类型与P衬底相 反，故又称为反型层。 把开始形成沟道时的栅源极 电压称为门限电压，用VTN表示。
13 LBM
（2）vDS对 iD 的影响
当vGS>VTN且为一 确定值时，正向电压 VDS对导电沟道及电流 iD的影响与结型场效应 管相似（进入夹断才能 恒流）。 当vDS较小（vDS< vGS -VTN）时
iD随vDS近似呈线性变化，
沟道没有夹断，FET没有进入压控恒流状态。
14 LBM
当vDS增加到vDS=VTN时
t
C
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ox / tox
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LBM
（2）转移特性曲线： ID=f（ VGS ）│VDS=常数
(a) 漏极输出特性曲线
(b) 转移特性曲
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vGS 2 i D I DSS (1 ) VP
(当
VP vGS 0
时)
LBM
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LBM
4.2 MOS型场效应管
4.2.1 N沟道增强型MOS管 1、结构与符号
P116
N沟道增强型
VGD VTN 轨迹线
可变电阻区伏安关系：
2 i D K n 2VGS VTN VDS VDS
恒流区
vGD VTN 区域
vGS 2 vGS 3
2
N沟道恒流区伏安特性方程： i D K n vGS VTN
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2 2 TN
vGS vGS 2 K nV 1 I ( 1 ) D0 V VT TN
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四、FET的小信号模型
1. 理解 gm的含义及计算式； 2. 理解rds含义； 3. 完整小信号模型； 4. 掌握低频小信号模型。 五、FET的CS和CD组态放大器 熟练掌握放大器电路的指标计算及特点。
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LBM
重点、难点知识点
1、基本结构及其导电机理
2、伏安特性及其两种表达方式
3、基本放大电路的静态与动态参数 4、基本放大电路技术指标定义与分析