1、會計學1場效應管放大電路場效應管放大電路 頁頁 絕緣柵型場效應管Metal Oxide Semiconductor MOSFET 分為 增強型 N溝道、P溝道 耗盡型 N溝道、P溝道增強型： 沒有導電溝道，。時，00DGSiv。時，00DGSiv耗盡型： 存在導電溝道，N溝道 P溝道 增強型N溝道 P溝道 耗盡型第1頁/共37頁第2頁/共37頁（1）柵源電壓）柵源電壓VGS的控制作用的控制作用 當VGS=0V時，因為漏源之間被兩個背靠背的 PN結隔離，因此，即使在D、S之間加上電壓, 在D、S間也不可能形成電流。 當 0VGSVT (開啟電壓)時，果在襯底表面形成一薄層負離子的耗盡層。漏源間仍

2、無載流子的通道。管子仍不能導通，處于截止狀態。通過柵極和襯底間的電容作用，將柵極下方P型襯底表層的空穴向下排斥，同時，使兩個N區和襯底中的自由電子吸向襯底表層，并與空穴復合而消失，結第3頁/共37頁的N型溝道。把開始形成反型層的VGS值稱為該管的開啟電壓VT。這時，若在漏源間加電壓 VDS，就能產生漏極電流 I D，即管子開啟。 VGS值越大，溝道內自由電子越多，溝道電阻越小，在同樣 VDS 電壓作用下， I D 越大。這樣，就實現了輸入電壓 VGS 對輸出電流 I D 的控制。 當VGSVT時，襯底中的電子進一步被吸至柵極下方的P型襯底表層，使襯底表層中的自由電子數量大于空穴數量，該薄層轉換

3、為N型半導體，稱此為反型層。形成N源區到N漏區VDSI D第4頁/共37頁第5頁/共37頁當VGSVT且固定為某值的情況下，若給漏源間加正電壓VDS則源區的自由電子將沿著溝道漂移到漏區，形成漏極電流ID，當ID從D S流過溝道時，沿途會產生壓降，進而導致沿著溝道長度上柵極與溝道間的電壓分布不均勻。源極端電壓最大，為VGS ，由此感生的溝道最深；離開源極端，越向漏極端靠近，則柵溝間的電壓線性下降，由它們感生的溝道越來越淺；直到漏極端，柵漏間電壓最小，其值為： VGD=VGS-VDS , 由此 感生的溝道也最淺。可見，在VDS作用下導電溝道的深度是不均勻的，溝道呈錐形分布。若VDS進一步增大，直至

4、VGD=VT，即VGS-VDS=VT或VDS=VGS-VT 時，則漏端溝道消失，出現預夾斷點。A第6頁/共37頁當VDS為0或較小時，VGDVT，此時VDS 基本均勻降落在溝道中，溝道呈斜線分布。 當VDS增加到使VGD=VT時，漏極處溝道將縮減到剛剛開啟的情況，稱為預夾斷。源區的自由電子在VDS電場力的作用下，仍能沿著溝道向漏端漂移，一旦到達預夾斷區的邊界處，就能被預夾斷區內的電場力掃至漏區，形成漏極電流。 當VDS增加到使VGDVT時，預夾斷點向源極端延伸成小的夾斷區。由于預夾斷區呈現高阻，而未夾斷溝道部分為低阻，因此， VDS增加的部分基本上降落在該夾斷區內，而溝道中的電場力基本不變，漂

5、移電流基本不變，所以，從漏端溝道出現預夾斷點開始， ID基本不隨VDS增加而變化。第7頁/共37頁第8頁/共37頁VVVTGSDS1.1.漏極輸出特性曲線漏極輸出特性曲線第9頁/共37頁 轉移特性曲線的斜率 gm 的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。 其量綱為mA/V，稱gm為跨導。 gm=ID/VGSQ （mS) ID=f(VGS)VDS=常數第10頁/共37頁絕緣柵場效應管N溝道增強型P溝道增強型第11頁/共37頁 N溝道耗盡型MOS管，它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子，在管子制造過程中，這些正離子已經在漏源之間的襯底表面感應出反型層，形成了導電溝道。 因此，使

6、用時無須加開啟電壓（VGS=0），只要加漏源電壓，就會有漏極電流。當VGS0 時，將使ID進一步增加。VGS0時，隨著VGS 的減小ID 逐漸減小，直至 ID=0。對應ID=0 的 VGS 值為夾斷電壓 VP 。第12頁/共37頁絕緣柵場效應管 N溝道耗盡型P 溝道耗盡型第13頁/共37頁一、一、 場效應三極管的參數場效應三極管的參數1. 開啟電壓VT開啟電壓是MOS增強型管的參數，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值, 場效應管不能導通。 2. 夾斷電壓VP 夾斷電壓是耗盡型FET的參數，當VGS=VP時,漏極 電流為零。 3. 飽和漏極電流IDSS 耗盡型場效應三極管, 當VGS=0時所對應的漏極

7、電流。第14頁/共37頁 結型場效應三極管，反偏時RGS約大于107；絕緣柵型場效應三極管, RGS約是1091015。 5. 低頻跨導gm 低頻跨導反映了柵壓對漏極電流的控制作用， gm可以在轉 移特性曲線上求取，單位是mS (毫西門子)。 6.最大漏極功耗PDM 最大漏極功耗可由PDM= VDS ID決定，與雙極型三極管的PCM相當。第15頁/共37頁場效應三極管的型號, 現行有兩種命名方法。其一是與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結型場效應管，O代表絕緣柵場效應管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。如,3DJ6D是結型N溝道場效應三極管，3DO6C是絕緣

8、柵型N溝道場效應三極管。 第二種命名方法是CS#，CS代表場效應管，以數字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規格。例如CS14A、CS45G等。第16頁/共37頁 參 數型號PDM mW IDSS mA VRDS VVRGS V VP V gmmA/ V fM MHz3DJ2D 100 20 20 -4 2 3003DJ7E 100 20 20 -4 3 903DJ15H 100 611 20 20 -5.5 83DO2E 1000.351.2 12 25 1000CS11C 1000.31 -25 -4 2 第17頁/共37頁結型場效應管結型場效應管場效應晶體三極管是由一種載流子導

9、電的、用輸入電壓控制輸出電流的半導體器件。從參與導電的載流子來劃分，它有自由電子導電的N溝道器件和空穴導電的P溝道器件。 按照場效應三極管的結構劃分，有結型場效應管和絕緣柵型場效應管兩大類。 1.結構結構第18頁/共37頁 N 溝道PN結N溝道場效應管工作時，在柵極與源極之間加負電壓，柵極與溝道之間的PN結為反偏。 在漏極、源極之間加一定正電壓，使N溝道中的多數載流子(電子)由源極向漏極漂移，形成iD。iD的大小受VGS的控制。P溝道場效應管工作時，極性相反，溝道中的多子為空穴。第19頁/共37頁當VGS0時，PN結反偏，耗盡層變厚，溝道變窄，溝道電阻變大，ID減小；VGS更負，溝道更窄，ID

10、更小；直至溝道被耗盡層全部覆蓋，溝道被夾斷， ID0。這時所對應的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VP。第20頁/共37頁 在柵源間加電壓在柵源間加電壓VGSVP，漏源間加電壓，漏源間加電壓VDS。則因漏端耗盡層所受的反偏電壓為VGD=VGS-VDS，比源端耗盡層所受的反偏電壓VGS大,(如:VGS=-2V, VDS =3V, VP=-9V,則漏端耗盡層受反偏電壓為-5V，源端耗盡層受反偏電壓為-2V),使靠近漏端的耗盡層比源端厚，溝道比源端窄，故VDS對溝道的影響是不均勻的，使溝道呈楔形。當VDS增加到使VGD=VGS-VDS =VP 時，在緊靠漏極處出現預夾斷點， 隨VDS增大，這種不均勻性越明

11、顯。當VDS繼續增加時，預夾斷點向源極方向伸長為預夾斷區。由于預夾斷區電阻很大，使主要VDS降落在該區，由此產生的強電場力能把未夾斷區漂移到其邊界上的載流子都掃至漏極，形成漏極飽和電流。第21頁/共37頁第22頁/共37頁（動畫2-6）輸出特性曲線CVDSDGSVfi)(恒流恒流區：(又稱飽和區或放大區）又稱飽和區或放大區）特點:(1)受控性： 輸入電壓vGS控制輸出電流21VvIiPGSDSSD(2)恒流性：輸出電流iD 基本上不受輸出電壓vDS的影響。用途:可做放大器和恒流源。條件:(1)源端溝道未夾斷 (2)源端溝道予夾斷 VVPGSVVVPGSDS第23頁/共37頁特點特點: :(1)

12、(1)當vGS 為定值時,iD 是 vDS 的線性函數，管子的漏源間呈現為線性電阻，且其阻值受 vGS 控制。 （2）管壓降vDS 很小。用途：用途：做壓控線性電阻和無觸點的、閉合狀態的電子開關。條件：源端與漏端溝道都不夾斷 VVPGSVVVPGSDS第24頁/共37頁 用途：做無觸點的、接通狀態的電子開關。條件：整個溝道都夾斷 VVPGS擊穿區擊穿區VVDSBRDS)( 當漏源電壓增大到 時，漏端PN結發生雪崩擊穿，使iD 劇增的區域。其值一般為（20 50）V之間。由于VGD=VGS-VDS, 故vGS越負，對應的VP就越小。管子不能在擊穿區工作。0iD特點：第25頁/共37頁CVGSDD

13、SVfi)(輸入電壓VGS對輸出漏極電流ID的控制msgdvdivimQGSDQGSD/第26頁/共37頁結型場效應管 N溝道耗盡型P溝道耗盡型第27頁/共37頁 結型場效應三極管，反偏時RGS約大于107；絕緣柵型場效應三極管, RGS約是1091015。 5. 低頻跨導gm 低頻跨導反映了柵壓對漏極電流的控制作用， gm可以在轉 移特性曲線上求取，單位是mS (毫西門子)。 6.最大漏極功耗PDM 最大漏極功耗可由PDM= VDS ID決定，與雙極型三極管的PCM相當。第28頁/共37頁場效應三極管的型號, 現行有兩種命名方法。其一是與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結型場效應管，O代表

14、絕緣柵場效應管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。如,3DJ6D是結型N溝道場效應三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場效應三極管。 第二種命名方法是CS#，CS代表場效應管，以數字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規格。例如CS14A、CS45G等。第29頁/共37頁 參 數型號PDM mW IDSS mA VRDS VVRGS V VP V gmmA/ V fM MHz3DJ2D 100 20 20 -4 2 3003DJ7E 100 20 20 -4 3 903DJ15H 100 611 20 20 -5.5 83DO2E 1000.351.2 1

15、2 25 1000CS11C 1000.31 -25 -4 2 第30頁/共37頁雙極型三極管雙極型三極管 場效應三極管場效應三極管 結構 NPN型 結型 N溝道 P溝道 與 PNP型 絕緣柵 增強型 N溝道 P溝道 分類 C與E一般不可 絕緣柵 耗盡型 N溝道 P溝道 倒置使用 D與S有的型號可倒置使用 載流子 多子擴散少子漂移 多子漂移 輸入量 電流輸入 電壓輸入 控制 電流控制電流源 電壓控制電流源 噪聲 較大 較小溫度特性 受溫度影響較大 較小，且有零溫度系數點輸入電阻 幾十到幾千歐姆 幾兆歐姆以上靜電影響 不受靜電影響 易受靜電影響集成工藝 不易大規模集成 適宜大規模和超大規模集成第31頁/共37頁絕緣柵增強型N溝P溝絕緣柵耗盡型 N溝道P 溝道第32頁/共37頁（1）偏置電路及靜態分析第33頁/共37頁直流通道VG=VDDRg2/(