第九講場效應管及其放大電路一、場效應管二、場效應管放大電路靜態工作點的設置方法三、場效應管放大電路的動態分析四、復合管第九講場效應管及其放大電路一、場效應管二、場效應管放大電路1.4場效應三極管只有一種載流子參與導電，且利用電場效應來控制電流的三極管，稱為場效應管，也稱單極型三極管。場效應管分類結型場效應管絕緣柵場效應管特點單極型器件(一種載流子導電)；輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。1.4場效應三極管只有一種載流子參與導電，且利用電場效DSGN符號1.4.1結型場效應管一、結構圖1.4.1N溝道結型場效應管結構圖N型溝道N型硅棒柵極源極漏極P+P+P型區耗盡層(PN結)在漏極和源極之間加上一個正向電壓，N型半導體中多數載流子電子可以導電。導電溝道是N型的，稱N溝道結型場效應管。DSGN符號1.4.1結型場效應管一、結構圖1.4.1P溝道場效應管圖1.4.2P溝道結型場效應管結構圖N+N+P型溝道GSDP溝道場效應管是在P型硅棒的兩側做成高摻雜的N型區(N+)，導電溝道為P型，多數載流子為空穴。符號GDSP溝道場效應管圖1.4.2P溝道結型場效應管結構圖N二、工作原理

N溝道結型場效應管用改變UGS大小來控制漏極電流ID的。GDSNN型溝道柵極源極漏極P+P+耗盡層*在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會變寬，導電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流ID減小，反之，漏極ID電流將增加。

*耗盡層的寬度改變主要在溝道區。二、工作原理N溝道結型場效應管用改變UG1.設UDS=0，在柵源之間加負電源VGG，改變VGG大小。觀察耗盡層的變化。ID=0GDSN型溝道P+P+

(a)

UGS=0UGS=0時，耗盡層比較窄，導電溝比較寬UGS由零逐漸增大，耗盡層逐漸加寬，導電溝相應變窄。當UGS=UGS(off)，耗盡層合攏，導電溝被夾斷，夾斷電壓UGS(off)

為負值。ID=0GDSP+P+N型溝道

(b)

UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)

UGS=UPVGG1.設UDS=0，在柵源之間加負電源VGG，改2.在漏源極間加正向VDD，使UDS>0，在柵源間加負電源VGG，觀察UGS變化時耗盡層和漏極ID。UGS=0，UDG<，ID較大。GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0，UDG<，ID較小。GDSNISIDP+P+VDD注意：當UDS>0時，耗盡層呈現楔形。(a)(b)2.在漏源極間加正向VDD，使UDS>0，在柵GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0,UDG=|UGS(off)|,ID更小,預夾斷UGS≤UGS(off),UDG>|UGS(off)|,ID0,夾斷GDSISIDP+VDDVGGP+P+(1)改變UGS，改變了PN結中電場，控制了ID，故稱場效應管或電壓控控元件；(2)結型場效應管柵源之間加反向偏置電壓，使PN反偏，柵極基本不取電流，因此，場效應管輸入電阻很高。(c)(d)GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0,UD三、特性曲線1.轉移特性(N溝道結型場效應管為例)O

UGSIDIDSSUGS（off）圖1.4.6轉移特性UGS=0，ID最大；UGS愈負，ID愈小；UGS=UP，ID0。兩個重要參數飽和漏極電流IDSS(UGS=0時的ID)夾斷電壓UGS（off)(ID=0時的UGS)UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS圖1.4.5特性曲線測試電路+mA三、特性曲線1.轉移特性(N溝道結型場效應管為例)O1.轉移特性OuGS/VID/mAIDSSUP圖1.4.6轉移特性2.漏極特性當柵源之間的電壓UGS不變時，漏極電流ID與漏源之間電壓UDS的關系，即結型場效應管轉移特性曲線的近似公式：≤≤1.轉移特性OuGS/VID/mAIDSSUP圖1.IDSS/VID/mAUDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7預夾斷軌跡恒流區擊穿區可變電阻區漏極特性也有三個區：可變電阻區、恒流區和擊穿區。2.漏極特性UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS圖1.4.5特性曲線測試電路+mA圖1.4.6(b)漏極特性IDSS/VID/mAUDS/VOUGS=0V-1-場效應管的兩組特性曲線之間互相聯系，可根據漏極特性用作圖的方法得到相應的轉移特性。UDS=常數ID/mA0-0.5-1-1.5UGS/VUDS=15V5ID/mAUDS/V0UGS=0-0.4V-0.8V-1.2V-1.6V1015200.40.5結型場效應管柵極基本不取電流，其輸入電阻很高，可達107以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用絕緣柵場效應管。圖1.4.7在漏極特性上用作圖法求轉移特性場效應管的兩組特性曲線之間互相聯系，可根據漏極特性用作圖1.4.2絕緣柵型場效應管由金屬、氧化物和半導體制成。稱為金屬-氧化物-半導體場效應管，或簡稱MOS場效應管。特點：輸入電阻可達109以上。類型N溝道P溝道增強型耗盡型增強型耗盡型UGS=0時漏源間存在導電溝道稱耗盡型場效應管；UGS=0時漏源間不存在導電溝道稱增強型場效應管。1.4.2絕緣柵型場效應管由金屬、氧化物和一、N溝道增強型MOS場效應管1.結構P型襯底N+N+BGSDSiO2源極S漏極D襯底引線B柵極G圖1.4.8N溝道增強型MOS場效應管的結構示意圖一、N溝道增強型MOS場效應管1.結構P型襯底N+2.工作原理絕緣柵場效應管利用UGS來控制“感應電荷”的多少，改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，以控制漏極電流ID。工作原理分析(1)UGS=0漏源之間相當于兩個背靠背的PN結，無論漏源之間加何種極性電壓，總是不導電。SBD圖1.4.92.工作原理絕緣柵場效應管利用UGS(2)

UDS=0，0<UGS<UTP型襯底N+N+BGSDP型襯底中的電子被吸引靠近SiO2與空穴復合，產生由負離子組成的耗盡層。增大UGS耗盡層變寬。VGG---------(3)

UDS=0，UGS≥UGS(th)由于吸引了足夠多的電子，會在耗盡層和SiO2之間形成可移動的表面電荷層——---N型溝道反型層、N型導電溝道。UGS升高，N溝道變寬。因為UDS=0，所以ID=0。UGS(th)為開始形成反型層所需的UGS，稱開啟電壓。(2)UDS=0，0<UGS<UTP型襯底N(4)

UDS對導電溝道的影響(UGS>UT)導電溝道呈現一個楔形。漏極形成電流ID。b.UDS=UGS–UGS(th)，

UGD=UGS(th)靠近漏極溝道達到臨界開啟程度，出現預夾斷。c.UDS>UGS–UGS(th)，

UGD<UGS(th)由于夾斷區的溝道電阻很大，UDS逐漸增大時，導電溝道兩端電壓基本不變，ID因而基本不變。a.UDS<UGS–UGS(th)，即UGD=UGS–UDS>UGS(th)P型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(4)UDS對導電溝道的影響(UGS>UT)導DP型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區圖1.4.11UDS對導電溝道的影響(a)

UGD>UGS(th)(b)

UGD=UGS(th)(c)

UGD<UGS(th)DP型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底N+N+BGSD3.特性曲線(a)轉移特性(b)漏極特性ID/mAUDS/VO預夾斷軌跡恒流區擊穿區可變電阻區UGS<UGS(th)，ID=0；UGS

≥

UGS(th)，形成導電溝道，隨著UGS的增加，ID

逐漸增大。(當UGS>UGS(th)時)三個區：可變電阻區、恒流區(或飽和區)、擊穿區。UT2UTIDOUGS/VID/mAO圖1.4.12(a)圖1.4.12(b)3.特性曲線(a)轉移特性(b)漏極特性ID/mAUDS二、N溝道耗盡型MOS場效應管P型襯底N+N+BGSD++++++制造過程中預先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場在P型襯底中“感應”負電荷，形成“反型層”。即使UGS=0也會形成N型導電溝道。++++++++++++UGS=0，UDS>0，產生較大的漏極電流；UGS<0，絕緣層中正離子感應的負電荷減少，導電溝道變窄，ID減??；UGS=-UGS(off),感應電荷被“耗盡”，ID

0。UGS(off)稱為夾斷電壓圖1.4.13二、N溝道耗盡型MOS場效應管P型襯底N+N+BGSDN溝道耗盡型MOS管特性工作條件：UDS>0；UGS正、負、零均可。ID/mAUGS/VOUP(a)轉移特性IDSS圖1.4.15MOS管的符號SGDBSGDB(b)漏極特性ID/mAUDS/VO+1VUGS=0-3V-1V-2V43215101520圖1.4.14特性曲線N溝道耗盡型MOS管特性工作條件：ID/mAUGS/1.4.3場效應管的主要參數一、直流參數飽和漏極電流IDSS2.夾斷電壓UGS(off)3.開啟電壓UGS(th)4.直流輸入電阻RGS為耗盡型場效應管的一個重要參數。為增強型場效應管的一個重要參數。為耗盡型場效應管的一個重要參數。輸入電阻很高。結型場效應管一般在107以上，絕緣柵場效應管更高，一般大于109。1.4.3場效應管的主要參數一、直流參數飽和漏極電流ID二、交流參數1.低頻跨導gm2.極間電容用以描述柵源之間的電壓UGS對漏極電流ID的控制作用。單位：ID毫安(mA)；UGS伏(V)；gm毫西門子(mS)這是場效應管三個電極之間的等效電容，包括CGS、CGD、CDS。

極間電容愈小，則管子的高頻性能愈好。一般為幾個皮法。二、交流參數1.低頻跨導gm2.極間電容三、極限參數1.漏極最大允許耗散功率PDM2.漏源擊穿電壓U(BR)DS3.柵源擊穿電壓U(BR)GS由場效應管允許的溫升決定。漏極耗散功率轉化為熱能使管子的溫度升高。當漏極電流ID急劇上升產生雪崩擊穿時的UDS。場效應管工作時，柵源間PN結處于反偏狀態，若UGS>U(BR)GS，PN將被擊穿，這種擊穿與電容擊穿的情況類似，屬于破壞性擊穿。三、極限參數1.漏極最大允許耗散功率PDM2.漏源擊穿3.各類場效應管工作在恒流區時g-s、d-s間的電壓極性uGS=0可工作在恒流區的場效應管有哪幾種？uGS＞0才工作在恒流區的場效應管有哪幾種？uGS＜0才工作在恒流區的場效應管有哪幾種？3.各類場效應管工作在恒流區時g-s、d-s間的電壓極性種類符號轉移特性漏極特性

結型N溝道耗盡型

結型P溝道耗盡型

絕緣柵型N溝道增強型SGDSGDIDUGS=0V+UDS++oSGDBUGSIDOUT表1-2各類場效應管的符號和特性曲線+UGS=UTUDSID+++OIDUGS=0V---UDSOUGSIDUPIDSSOUGSID/mAUPIDSSO種類符號轉移特性漏極特性結型耗盡型結型耗盡型絕緣增種類符號轉移特性漏極特性絕緣柵型N溝道耗盡型絕緣柵型P溝道增強型耗盡型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_IDUGS=UTUDS_o_UGS=0V+_IDUDSo+種類符號轉移特性漏極特性絕緣耗盡型增強型耗盡型IDSGD雙極型和場效應型三級管的比較雙極型和場效應型三級管的比較雙極型和場效應型三級管的比較雙極型和場效應型三級管的比較二、場效應管放大電路場效應管的特點：1.場效應管是電壓控制元件；2.柵極幾乎不取用電流，輸入電阻非常高；3.一種極性的載流子導電，噪聲小，受外界溫度及輻射影響??；4.制造工藝簡單，有利于大規模集成；5.存放管子應將柵源極短路，焊接時烙鐵外殼應接地良好，防止漏電擊穿管子；6.跨導較小，電壓放大倍數一般比三極管低。二、場效應管放大電路場效應管的特點：1.場效應管是電壓控制1）基本共源極放大電路圖2.7.3共源極放大電路原理電路VDD+uOiDVT~+uIVGGRGSDGRD與雙極型三極管對應關系bG,eS,cD為了使場效應管工作在恒流區實現放大作用，應滿足：圖示電路為N溝道增強型MOS

場效應管組成的放大電路。(UT：開啟電壓)二、場效應管靜態工作點的設置方法1）基本共源極放大電路圖2.7.3共源極放大電路原理電路一、靜態分析VDD+uOiDVT~+uIVGGRGSDGRD圖2.7.3共源極放大電路原理電路兩種方法近似估算法圖解法(一)近似估算法MOS管柵極電流為零，當uI=0時UGSQ=VGG而iD與uGS之間近似滿足(當uGS>UT)式中IDO為uGS=2UT時的值。則靜態漏極電流為一、靜態分析VDD+iDVT~+uIVGGRGSDGRD圖

(二)圖解法圖2.7.4用圖解法分析共源極放大電路的Q點VDDIDQUDSQQ利用式uDS=VDD

-

iDRD畫出直流負載線。圖中IDQ、UDSQ即為靜態值。(二)圖解法圖2.7.4用圖解法分析共源極放大電路的2.自給偏壓電路由正電源獲得負偏壓稱為自給偏壓哪種場效應管能夠采用這種電路形式設置Q點？+VDDuOuIRgRdRsRL2.自給偏壓電路由正電源獲得負偏壓哪種場效應管能夠采用這3分壓—自偏壓式共源放大電路一、靜態分析(一)近似估算法根據輸入回路列方程圖2.7.7分壓-自偏式共源放大電路+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+++解聯立方程求出UGSQ和IDQ。3分壓—自偏壓式共源放大電路一、靜態分析(一)近似估算法根+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+++圖2.7.7分壓-自偏式共源放大電路列輸出回路方程求UDSQUDSQ=VDD–IDQ(RD+RS)(二)圖解法由式可做出一條直線，另外，iD與uGS之間滿足轉移特性曲線的規律，二者之間交點為靜態工作點。確定UGSQ，IDQ。+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+根據漏極回路方程在漏極特性曲線上做直流負載線，與uGS=UGSQ的交點確定Q，由Q確定UDSQ和IDQ值。UDSQuDS=VDD–iD(RD+RS)3uDS/ViD/mA012152V105uGS4.5V4V3.5VUGSQ3VVDDQIDQuGS/ViD/mAO24612QIDQUGSQUGQ圖2.7.8用圖解法分析圖2.7.7電路的Q點根據漏極回路方程在漏極特性曲線上做直流負載線，與uG二、動態分析iD的全微分為上式中定義：——場效應管的跨導(毫西門子mS)?！獔鲂苈┰粗g等效電阻。1.微變等效電路二、動態分析iD的全微分為上式中定義：——場效應管的跨導二、動態分析如果輸入正弦信號，則可用相量代替上式中的變量。成為：根據上式做等效電路如圖所示。圖2.7.5場效應管的微變等效電路++——GDS由于沒有柵極電流，所以柵源是懸空的。二、動態分析如果輸入正弦信號，則可用相量代替上式中的變量。成微變參數gm和rDS

(1)根據定義通過在特性曲線上作圖方法中求得。(2)用求導的方法計算gm在Q點附近，可用IDQ表示上式中iD，則一般gm約為0.1至20mS。rDS為幾百千歐的數量級。當RD比rDS小得多時，可認為等效電路的rDS開路。微變參數gm和rDS(1)根據定義2.共源極放大電路的動態性能VDD+uOiDVT~+uIVGGRGSDGRD圖2.7.6共源極放大電路的微變等效電路將rDS開路而所以輸出電阻Ro=RDMOS管輸入電阻高達109

。-D++-GSRG+-2.共源極放大電路的動態性能VDD+iDVT~+uIVG二、分壓式共源放大電路動態分析微變等效電路入右圖所示。圖2.7.9圖2.7.7電路的微變等效電路—D++—GS+—由圖可知電壓放大倍數輸入、輸出電阻分別為二、分壓式共源放大電路動態分析微變等效電路入右圖所示。圖2.7.4共漏極放大電路——源極輸出器或源極跟隨器圖2.7.10源極輸出器典型電路如右圖所示。+VT+SDGR2VDD+RLRSR1C1C2++RG靜態分析如下：分析方法與“分壓-自偏壓式共源電路”類似，可采用估算法和圖解法。2.7.4共漏極放大電路——源極輸出器或源極跟隨器圖2.動態分析1.電壓放大倍數圖2.7.11微變等效電路—D++-GS+—而所以2.輸入電阻Ri=RG+(R1//R2)動態分析1.電壓放大倍數圖2.7.11微變等效電路—D3.輸出電阻圖2.7.11微變等效電路—D++-GS~在電路中，外加，令，并使RL開路因輸入端短路，故則所以實際工作中經常使用的是共源、共漏組態。3.輸出電阻圖2.7.11微變等效電路—D++-GS~3.基本共漏放大電路的動態分析若Rs=3kΩ，gm=2mS，則gmUgsUgsRgUoUiRs+VDDRguouiRsVGG3.基本共漏放大電路的動態分析若Rs=3kΩ，gm=2m基本共漏放大電路輸出電阻的分析若Rs=3kΩ，gm=2mS，則Ro=?R’sgmUgs+Ugs

–RgUoRs基本共漏放大電路輸出電阻的分析若Rs=3kΩ，gm=2mS，四、復合管復合管的組成：多只管子合理連接等效成一只管子。

不同類型的管子復合后，其類型決定于T1管。目的：增大β，減小前級驅動電流，改變管子的類型。四、復合管復合管的組成：多只管子合理連接等效成一只管子。討論一

判斷下列各圖是否能組成復合管

在合適的外加電壓下，每只管子的電流都有合適的通路，才能組成復合管。討論一

判斷下列各圖是否能組成復合管在合適的外加電壓下Ri=?Ro=?討論二清華大學華成英hchya@Ri=?Ro=?討論二清華大學華成英hchya第九講場效應管及其放大電路一、場效應管二、場效應管放大電路靜態工作點的設置方法三、場效應管放大電路的動態分析四、復合管第九講場效應管及其放大電路一、場效應管二、場效應管放大電路1.4場效應三極管只有一種載流子參與導電，且利用電場效應來控制電流的三極管，稱為場效應管，也稱單極型三極管。場效應管分類結型場效應管絕緣柵場效應管特點單極型器件(一種載流子導電)；輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。1.4場效應三極管只有一種載流子參與導電，且利用電場效DSGN符號1.4.1結型場效應管一、結構圖1.4.1N溝道結型場效應管結構圖N型溝道N型硅棒柵極源極漏極P+P+P型區耗盡層(PN結)在漏極和源極之間加上一個正向電壓，N型半導體中多數載流子電子可以導電。導電溝道是N型的，稱N溝道結型場效應管。DSGN符號1.4.1結型場效應管一、結構圖1.4.1P溝道場效應管圖1.4.2P溝道結型場效應管結構圖N+N+P型溝道GSDP溝道場效應管是在P型硅棒的兩側做成高摻雜的N型區(N+)，導電溝道為P型，多數載流子為空穴。符號GDSP溝道場效應管圖1.4.2P溝道結型場效應管結構圖N二、工作原理

N溝道結型場效應管用改變UGS大小來控制漏極電流ID的。GDSNN型溝道柵極源極漏極P+P+耗盡層*在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會變寬，導電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流ID減小，反之，漏極ID電流將增加。

*耗盡層的寬度改變主要在溝道區。二、工作原理N溝道結型場效應管用改變UG1.設UDS=0，在柵源之間加負電源VGG，改變VGG大小。觀察耗盡層的變化。ID=0GDSN型溝道P+P+

(a)

UGS=0UGS=0時，耗盡層比較窄，導電溝比較寬UGS由零逐漸增大，耗盡層逐漸加寬，導電溝相應變窄。當UGS=UGS(off)，耗盡層合攏，導電溝被夾斷，夾斷電壓UGS(off)

為負值。ID=0GDSP+P+N型溝道

(b)

UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)

UGS=UPVGG1.設UDS=0，在柵源之間加負電源VGG，改2.在漏源極間加正向VDD，使UDS>0，在柵源間加負電源VGG，觀察UGS變化時耗盡層和漏極ID。UGS=0，UDG<，ID較大。GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0，UDG<，ID較小。GDSNISIDP+P+VDD注意：當UDS>0時，耗盡層呈現楔形。(a)(b)2.在漏源極間加正向VDD，使UDS>0，在柵GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0,UDG=|UGS(off)|,ID更小,預夾斷UGS≤UGS(off),UDG>|UGS(off)|,ID0,夾斷GDSISIDP+VDDVGGP+P+(1)改變UGS，改變了PN結中電場，控制了ID，故稱場效應管或電壓控控元件；(2)結型場效應管柵源之間加反向偏置電壓，使PN反偏，柵極基本不取電流，因此，場效應管輸入電阻很高。(c)(d)GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0,UD三、特性曲線1.轉移特性(N溝道結型場效應管為例)O

UGSIDIDSSUGS（off）圖1.4.6轉移特性UGS=0，ID最大；UGS愈負，ID愈小；UGS=UP，ID0。兩個重要參數飽和漏極電流IDSS(UGS=0時的ID)夾斷電壓UGS（off)(ID=0時的UGS)UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS圖1.4.5特性曲線測試電路+mA三、特性曲線1.轉移特性(N溝道結型場效應管為例)O1.轉移特性OuGS/VID/mAIDSSUP圖1.4.6轉移特性2.漏極特性當柵源之間的電壓UGS不變時，漏極電流ID與漏源之間電壓UDS的關系，即結型場效應管轉移特性曲線的近似公式：≤≤1.轉移特性OuGS/VID/mAIDSSUP圖1.IDSS/VID/mAUDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7預夾斷軌跡恒流區擊穿區可變電阻區漏極特性也有三個區：可變電阻區、恒流區和擊穿區。2.漏極特性UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS圖1.4.5特性曲線測試電路+mA圖1.4.6(b)漏極特性IDSS/VID/mAUDS/VOUGS=0V-1-場效應管的兩組特性曲線之間互相聯系，可根據漏極特性用作圖的方法得到相應的轉移特性。UDS=常數ID/mA0-0.5-1-1.5UGS/VUDS=15V5ID/mAUDS/V0UGS=0-0.4V-0.8V-1.2V-1.6V1015200.40.5結型場效應管柵極基本不取電流，其輸入電阻很高，可達107以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用絕緣柵場效應管。圖1.4.7在漏極特性上用作圖法求轉移特性場效應管的兩組特性曲線之間互相聯系，可根據漏極特性用作圖1.4.2絕緣柵型場效應管由金屬、氧化物和半導體制成。稱為金屬-氧化物-半導體場效應管，或簡稱MOS場效應管。特點：輸入電阻可達109以上。類型N溝道P溝道增強型耗盡型增強型耗盡型UGS=0時漏源間存在導電溝道稱耗盡型場效應管；UGS=0時漏源間不存在導電溝道稱增強型場效應管。1.4.2絕緣柵型場效應管由金屬、氧化物和一、N溝道增強型MOS場效應管1.結構P型襯底N+N+BGSDSiO2源極S漏極D襯底引線B柵極G圖1.4.8N溝道增強型MOS場效應管的結構示意圖一、N溝道增強型MOS場效應管1.結構P型襯底N+2.工作原理絕緣柵場效應管利用UGS來控制“感應電荷”的多少，改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，以控制漏極電流ID。工作原理分析(1)UGS=0漏源之間相當于兩個背靠背的PN結，無論漏源之間加何種極性電壓，總是不導電。SBD圖1.4.92.工作原理絕緣柵場效應管利用UGS(2)

UDS=0，0<UGS<UTP型襯底N+N+BGSDP型襯底中的電子被吸引靠近SiO2與空穴復合，產生由負離子組成的耗盡層。增大UGS耗盡層變寬。VGG---------(3)

UDS=0，UGS≥UGS(th)由于吸引了足夠多的電子，會在耗盡層和SiO2之間形成可移動的表面電荷層——---N型溝道反型層、N型導電溝道。UGS升高，N溝道變寬。因為UDS=0，所以ID=0。UGS(th)為開始形成反型層所需的UGS，稱開啟電壓。(2)UDS=0，0<UGS<UTP型襯底N(4)

UDS對導電溝道的影響(UGS>UT)導電溝道呈現一個楔形。漏極形成電流ID。b.UDS=UGS–UGS(th)，

UGD=UGS(th)靠近漏極溝道達到臨界開啟程度，出現預夾斷。c.UDS>UGS–UGS(th)，

UGD<UGS(th)由于夾斷區的溝道電阻很大，UDS逐漸增大時，導電溝道兩端電壓基本不變，ID因而基本不變。a.UDS<UGS–UGS(th)，即UGD=UGS–UDS>UGS(th)P型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(4)UDS對導電溝道的影響(UGS>UT)導DP型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區圖1.4.11UDS對導電溝道的影響(a)

UGD>UGS(th)(b)

UGD=UGS(th)(c)

UGD<UGS(th)DP型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底N+N+BGSD3.特性曲線(a)轉移特性(b)漏極特性ID/mAUDS/VO預夾斷軌跡恒流區擊穿區可變電阻區UGS<UGS(th)，ID=0；UGS

≥

UGS(th)，形成導電溝道，隨著UGS的增加，ID

逐漸增大。(當UGS>UGS(th)時)三個區：可變電阻區、恒流區(或飽和區)、擊穿區。UT2UTIDOUGS/VID/mAO圖1.4.12(a)圖1.4.12(b)3.特性曲線(a)轉移特性(b)漏極特性ID/mAUDS二、N溝道耗盡型MOS場效應管P型襯底N+N+BGSD++++++制造過程中預先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場在P型襯底中“感應”負電荷，形成“反型層”。即使UGS=0也會形成N型導電溝道。++++++++++++UGS=0，UDS>0，產生較大的漏極電流；UGS<0，絕緣層中正離子感應的負電荷減少，導電溝道變窄，ID減??；UGS=-UGS(off),感應電荷被“耗盡”，ID

0。UGS(off)稱為夾斷電壓圖1.4.13二、N溝道耗盡型MOS場效應管P型襯底N+N+BGSDN溝道耗盡型MOS管特性工作條件：UDS>0；UGS正、負、零均可。ID/mAUGS/VOUP(a)轉移特性IDSS圖1.4.15MOS管的符號SGDBSGDB(b)漏極特性ID/mAUDS/VO+1VUGS=0-3V-1V-2V43215101520圖1.4.14特性曲線N溝道耗盡型MOS管特性工作條件：ID/mAUGS/1.4.3場效應管的主要參數一、直流參數飽和漏極電流IDSS2.夾斷電壓UGS(off)3.開啟電壓UGS(th)4.直流輸入電阻RGS為耗盡型場效應管的一個重要參數。為增強型場效應管的一個重要參數。為耗盡型場效應管的一個重要參數。輸入電阻很高。結型場效應管一般在107以上，絕緣柵場效應管更高，一般大于109。1.4.3場效應管的主要參數一、直流參數飽和漏極電流ID二、交流參數1.低頻跨導gm2.極間電容用以描述柵源之間的電壓UGS對漏極電流ID的控制作用。單位：ID毫安(mA)；UGS伏(V)；gm毫西門子(mS)這是場效應管三個電極之間的等效電容，包括CGS、CGD、CDS。

極間電容愈小，則管子的高頻性能愈好。一般為幾個皮法。二、交流參數1.低頻跨導gm2.極間電容三、極限參數1.漏極最大允許耗散功率PDM2.漏源擊穿電壓U(BR)DS3.柵源擊穿電壓U(BR)GS由場效應管允許的溫升決定。漏極耗散功率轉化為熱能使管子的溫度升高。當漏極電流ID急劇上升產生雪崩擊穿時的UDS。場效應管工作時，柵源間PN結處于反偏狀態，若UGS>U(BR)GS，PN將被擊穿，這種擊穿與電容擊穿的情況類似，屬于破壞性擊穿。三、極限參數1.漏極最大允許耗散功率PDM2.漏源擊穿3.各類場效應管工作在恒流區時g-s、d-s間的電壓極性uGS=0可工作在恒流區的場效應管有哪幾種？uGS＞0才工作在恒流區的場效應管有哪幾種？uGS＜0才工作在恒流區的場效應管有哪幾種？3.各類場效應管工作在恒流區時g-s、d-s間的電壓極性種類符號轉移特性漏極特性

結型N溝道耗盡型

結型P溝道耗盡型

絕緣柵型N溝道增強型SGDSGDIDUGS=0V+UDS++oSGDBUGSIDOUT表1-2各類場效應管的符號和特性曲線+UGS=UTUDSID+++OIDUGS=0V---UDSOUGSIDUPIDSSOUGSID/mAUPIDSSO種類符號轉移特性漏極特性結型耗盡型結型耗盡型絕緣增種類符號轉移特性漏極特性絕緣柵型N溝道耗盡型絕緣柵型P溝道增強型耗盡型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_IDUGS=UTUDS_o_UGS=0V+_IDUDSo+種類符號轉移特性漏極特性絕緣耗盡型增強型耗盡型IDSGD雙極型和場效應型三級管的比較雙極型和場效應型三級管的比較雙極型和場效應型三級管的比較雙極型和場效應型三級管的比較二、場效應管放大電路場效應管的特點：1.場效應管是電壓控制元件；2.柵極幾乎不取用電流，輸入電阻非常高；3.一種極性的載流子導電，噪聲小，受外界溫度及輻射影響??；4.制造工藝簡單，有利于大規模集成；5.存放管子應將柵源極短路，焊接時烙鐵外殼應接地良好，防止漏電擊穿管子；6.跨導較小，電壓放大倍數一般比三極管低。二、場效應管放大電路場效應管的特點：1.場效應管是電壓控制1）基本共源極放大電路圖2.7.3共源極放大電路原理電路VDD+uOiDVT~+uIVGGRGSDGRD與雙極型三極管對應關系bG,eS,cD為了使場效應管工作在恒流區實現放大作用，應滿足：圖示電路為N溝道增強型MOS

場效應管組成的放大電路。(UT：開啟電壓)二、場效應管靜態工作點的設置方法1）基本共源極放大電路圖2.7.3共源極放大電路原理電路一、靜態分析VDD+uOiDVT~+uIVGGRGSDGRD圖2.7.3共源極放大電路原理電路兩種方法近似估算法圖解法(一)近似估算法MOS管柵極電流為零，當uI=0時UGSQ=VGG而iD與uGS之間近似滿足(當uGS>UT)式中IDO為uGS=2UT時的值。則靜態漏極電流為一、靜態分析VDD+iDVT~+uIVGGRGSDGRD圖

(二)圖解法圖2.7.4用圖解法分析共源極放大電路的Q點VDDIDQUDSQQ利用式uDS=VDD

-

iDRD畫出直流負載線。圖中IDQ、UDSQ即為靜態值。(二)圖解法圖2.7.4用圖解法分析共源極放大電路的2.自給偏壓電路由正電源獲得負偏壓稱為自給偏壓哪種場效應管能夠采用這種電路形式設置Q點？+VDDuOuIRgRdRsRL2.自給偏壓電路由正電源獲得負偏壓哪種場效應管能夠采用這3分壓—自偏壓式共源放大電路一、靜態分析(一)近似估算法根據輸入回路列方程圖2.7.7分壓-自偏式共源放大電路+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+++解聯立方程求出UGSQ和IDQ。3分壓—自偏壓式共源放大電路一、靜態分析(一)近似估算法根+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+++圖2.7.7分壓-自偏式共源放大電路列輸出回路方程求UDSQUDSQ=VDD–IDQ(RD+RS)(二)圖解法由式可做出一條直線，另外，iD與uGS之間滿足轉移特性曲線的規律，二者之間交點為靜態工作點。確定UGSQ，IDQ。+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+根據漏極回路方程在漏極特性曲線上做直流負載線