模電第五章場(chǎng)效應(yīng)管(已修改)
2025-05-11 12:04 本頁面
【正文】 第 5章 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 引言 場(chǎng)效應(yīng)管（ FET）是第二種主要類型的三端放大器件，有兩種主要類型： 金屬 氧化物 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管 （ MOSFET） 結(jié)型 場(chǎng)效應(yīng)管 （ JFET） 場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流型器件，屬單極型器件。本章重點(diǎn)介紹 MOS管放大電路。 定義： 場(chǎng)效應(yīng)管是一種利用半導(dǎo)體內(nèi)的 電場(chǎng)效應(yīng) 來控制其電流大小的半導(dǎo)體器件。 分類： 場(chǎng)效應(yīng)管（ FET） { 結(jié) 型（ JFET） 絕緣柵型（ MOSFET） P溝道 JFET N溝道 JFET { { N溝道 MOSFET P溝道 MOSFET { { 耗盡型 D 耗盡型 D 增強(qiáng)型 E （ 耗盡型 ） 耗盡型 ：場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在 增強(qiáng)型 ：場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道 增強(qiáng)型 E 167。 51 金屬 氧化物 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管 （ MOSFET） MOSFET 結(jié)構(gòu)和符號(hào) P 型襯底 N+ N+ s g d B ○ ○ ○ ○ g d s B ○ ○ ○ ○ g d s B N溝道 增強(qiáng)型 N溝道 耗盡型 工作原理（ N溝道增強(qiáng)型 ） （ 1）、 VGS=0， 沒有導(dǎo)電 溝道 源區(qū)、襯底和漏區(qū)形成兩個(gè)背靠背的 PN結(jié)，無論 VDS的極性如何，其中總有一個(gè) PN結(jié)是反偏的。因此漏源之間的電阻很大，即 沒有導(dǎo)電溝道， iD＝ 0。 P 型襯底 N+ N+ s g d B iD＝ 0 工作原理（ N溝道增強(qiáng)型 ） （ 2）、 VDS=0， VGS 對(duì)導(dǎo)電 溝道的影響 P 型襯底 N+ N+ s g d B VGG VGSVT時(shí)，導(dǎo)電溝道開始形成 ,這種依靠柵源電壓的作用才形成導(dǎo)電溝道的 FET稱為增強(qiáng) FET。 在漏源電壓作用下開始導(dǎo)電時(shí)的柵源電壓 VGS叫做開啟電壓 VT P N N s g d B VGG VDS P N N s g d B VGG VDS P N N s g d B VGG VDS VGDVT VGD=VT VGDVT 預(yù)夾斷 夾斷 （ 3）、 VGS一定， VDS 對(duì)導(dǎo)電 溝道的影響 由左到右， VDS逐漸增大 , DSGSGD vvv ??(1)、輸出（漏極）特性曲線 iD= f（ VDS ） | VGS = 常數(shù) iD VDS 0 恒流區(qū) 可變電 阻區(qū) 擊 穿 區(qū) VGS= VT 特性曲線 (1)、輸出（漏極）特性曲線 iD= f（ VDS ） | VGS = 常數(shù) iD VDS 0 恒流區(qū) 可變電 阻區(qū) 擊 穿 區(qū) VGS= VT 特性曲線 截止區(qū)： VGS＜ VT導(dǎo)電溝道未形成。 可變電阻區(qū)： VDS≤（ VGS － VT ） iD的表達(dá)式見 － 4式 ? ?TGSncvDDSdso VvKdidvrGS???? 21? ?2222 11??????????????????????TGSDOTGSTnTGSnD VvIVvVKVvKi飽和區(qū)： VGS≥ VT， 且 VDS≥（ VGS － VT ）時(shí)， 區(qū)內(nèi) VI特性表達(dá)式為 (2)、轉(zhuǎn)移特性曲線 ： iD= f（ vGS ） | vDS = 常數(shù) iD(mA) vGS( V ) 0 VT 2VT IDO 在飽和區(qū)內(nèi)， iD受 VDS影響很小，不同 VDS下的轉(zhuǎn)移特性基本重合。 ? ?2222 11??????????????????????TGSDOTGSTnTGSnD VvIVvVKVvKi2TnDO VKI ?其中 它是 時(shí)的 iD。 TGS Vv 2?在飽和區(qū)內(nèi)有： (2)、轉(zhuǎn)移特性曲線 ： iD= f（ vGS ） | vDS = 常數(shù) 轉(zhuǎn)移特性曲線 可以由函數(shù)式畫出，也可以直接從輸出特性曲線上用作圖法求出。 iD VDS 0 恒流區(qū) 可變電 阻區(qū) 擊 穿 區(qū) iD(mA) vGS( V ) 0 VT 2VT IDO N溝道耗盡型 MOS管 結(jié)構(gòu)和符號(hào) 工作原理和特性曲線 (詳 見課本 ) P 型襯底 N+ N+ s g d B + + ++ + + + ++ ○ ○ ○ ○ g d s B N溝道耗盡型 MOS管 結(jié)構(gòu) 工作原理 :由于正離子的作用，也和增強(qiáng)型接入柵源電壓并 VGSVT時(shí)相似，可形成導(dǎo)電溝道。當(dāng)外加VGS0時(shí)，使溝道變寬， VGS＜ 0時(shí)，使溝道變窄，從而使漏極電流減小。當(dāng) VGS減小到某值時(shí)，以致感應(yīng)的負(fù)電荷消失，耗盡 P 型襯底 N+ N+ s g d B + + ++ + + + ++ 區(qū)擴(kuò)展到整個(gè)溝道，溝道完全被夾斷。這時(shí)即使有漏源電壓，也不會(huì)有漏極電流。此時(shí)的柵源電壓稱為夾斷電壓（截止電壓） VP。 21 ??????????PGSD S SD VvIi在飽和區(qū)內(nèi)， N溝道耗盡型 MOS管 特性曲線 21 ??????????PGSD S SDVvIi在飽和區(qū)內(nèi)， /V IDSS為零柵壓的漏極電流，稱為飽和漏極電流。 P溝道MOSFET管 結(jié)構(gòu)和符號(hào) N 型襯底 P+ P+ s g d B ○ ○ ○ ○ g d s B P溝道 增強(qiáng)型 ○ ○ ○ ○ g d s B P溝道 耗盡型 對(duì)增強(qiáng)型 MOS管，溝道產(chǎn)生的條件是： TGS Vv ?可變電阻區(qū)與飽和區(qū)的界線為 : TGSDS Vvv ??在飽和區(qū)內(nèi)（ iD假定正向?yàn)榱魅肼O）： ? ?221 ??????????????TGSDOTGSPDVvIVvKiPMOS管正常工作時(shí)， VDS和 VT必為負(fù)值，電流方向與 NMOS管相反。 溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng) 在理想情況下，當(dāng) MOSFET工作于飽和區(qū)時(shí)，漏極電流與漏極電壓無關(guān)。而實(shí)際 MOS管的輸出特性還應(yīng)考慮溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，即 VGS固定， VDS增加時(shí)， iD會(huì)有所增加。 輸出特性的每根曲線會(huì)向上傾斜。因此，考慮到溝道長(zhǎng)度調(diào)制參數(shù) λ ， iD式子應(yīng)修正為 ? ? ? ? ? ?DSTGSDODSTGSnD vVvIvVvKi ?? ?????????????? 11122對(duì)于典型器件近似有 ?? VL?溝道長(zhǎng)度 L 單位為 181。m。 （ 1）開啟電壓 VT: VDS為某一定值（如為 10V） 使 iD等于一微小電流（如 50μA） 時(shí)的 VGS 。這是增強(qiáng)型 FET的參數(shù)。 （ 2）夾斷電壓 VP:VDS為某一定值（如為 10V） 使 iD等于一微小電流（如 20μA） 時(shí)的 VGS。這是耗盡型 FET的參數(shù)。 （ 3） 飽和漏極電流 IDSS: VGS=0且︱ VDS ︱＞ ︱ VP ︱時(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流。常令︱ VDS ︱＝ 10V， VGS=0測(cè)出的 iD就是 。這是耗盡型 FET的參數(shù)。 （ 4）直流輸入電阻 RGD:漏源間短路，柵源間加一定電壓時(shí)的柵源直流電阻， MOS管的 RGS可達(dá) 109Ω～ 1015Ω 。 一、直流參數(shù) 二、交流參數(shù) （ 1） 輸出電阻 : GSDDSds Vivr??? MOSFET的主要參數(shù)（見 P208－ 210） 當(dāng)不考慮溝道的調(diào)制效應(yīng)（ λ＝ 0） 時(shí)， 當(dāng)考慮溝道的調(diào)制效應(yīng)（ λ≠0） 時(shí)，對(duì)增強(qiáng)型MOS管可導(dǎo)出
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