電子技術基礎與技能3.3MOS場效晶體管放大器教學活動1：認知MOS場效晶體管的開關作用【MOS場效晶體管的開關作用的驗證】（1）按圖3--3-1所示連接電路，輸入直流電壓UI=12V；（2）調節電位器于最小值（最底部），觀察發光二極管是否發光；（3）逐步向上調節電位器至最大值（最頂部），觀察發光二極管是否發光。3.3MOS場效晶體管放大器圖3--3-1MOS場效晶體管演示實驗接線圖【實驗現象】發光二極管隨著電位器的調整由暗變亮。【實驗結論】發光二極管的導通受UGS電壓控制，MOS場效晶體管具有開關作用。教學活動1：認知MOS場效晶體管的開關作用【MOS場效晶體管的開關作用的驗證】參考參數：直流電源：9V電阻：1kΩ、10kΩ電位器：

50kΩ二極管：1N4007N溝道增強型MOS場效管3.3MOS場效晶體管放大器主要儀器：直流穩壓電源教學活動2：認知MOS場效晶體管的基礎知識3.3.1MOS場效晶體管3.3MOS場效晶體管放大器場效晶體管（FieldEffectTransistor，簡稱FET），是一種利用電場效應來控制電流大小的半導體器件。與三極管相比，場效晶體管不僅具有體積小、質量輕、耗電小、壽命長等特點，而且還有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩定性好、抗輻射能力強和制造工藝簡單等一系列優點，尤其適用于大規模和超大規模集成電路。場效晶體管工作時，內部電流的通路稱為導電溝道。一只場效晶體管在工作時，其導電溝道中的載流子只有一種，要么是電子（N溝道），要么是空穴（P溝道），所以又將場效晶體管稱為單極型器件。這一點與三極管不同，任何一只三極管在工作時都同時有兩種載流子導電，所以，三極管又稱為雙極型器件。場效晶體管與三極管本質上都是控制型器件。但三極管是通過基極電流ib去控制集電極電流ic的，是電流控制型器件；而場效晶體管則是通過柵－源電壓ugs去控制漏極電流id的，是電壓控制型器件。教學活動2：認知MOS場效晶體管的基礎知識3.3.1MOS場效晶體管3.3MOS場效晶體管放大器場效晶體管分為結型場效晶體管（JunctiontypeFieldEffectTransistor）和絕緣柵型場效晶體管兩大類。絕緣柵型場效晶體管又稱金屬-氧化物-半導體場效晶體管（Metal-Oxide-SemiconductortypeFieldEffectTransistor），簡稱MOS管。圖3-3-2所示是幾種常見場效晶體管的實物外形。圖3-3-2幾種常見的場效晶體管的實物外形教學活動2：認知MOS場效晶體管的基礎知識3.3.1MOS場效晶體管3.3MOS場效晶體管放大器一、MOS場效晶體管的結構、符號與工作原理MOS場效晶體管分為增強型和耗盡型兩類，每類又有N溝道（NMOS）和P溝道（PMOS）兩種。1.增強型NMOSFET（1）結構和符號增強型NMOSFET的內部結構示意圖及符號如圖3-3-3所示。場效晶體管的電極有源極S、柵極G、漏極D及襯底電極B、S、G、D極在電路中的作用，分別類似于三極管的E、B和C極。與S、D及B相連的虛線表示是增強型，襯底電極上的箭頭向里表示是N溝道。圖3--3-3增強型NMOSFET教學活動2：認知MOS場效晶體管的基礎知識3.3.1MOS場效晶體管3.3MOS場效晶體管放大器一、MOS場效晶體管的結構、符號與工作原理1.增強型NMOSFET（2）工作原理增強型NMOSFET的工作原理電路如圖3--3-4所示。圖3--3-4增強型NMOSFET工作原理電路①當UGS＝0時，無導電溝道，漏、源極之間無電流，ID＝0。②當UGS>0且達到某一值（此值稱為開啟電壓UT）時，漏、源極間產生導電溝道，如在漏、源極間加有正向電壓UDS，將產生電流ID；如逐漸增大UGS，導電溝道變寬，ID也隨之逐漸增大；即UGS的變化控制ID的變化。處于放大狀態的增強型NMOSFET，正常工作于UGS>UT時。教學活動2：認知MOS場效晶體管的基礎知識3.3.1MOS場效晶體管3.3MOS場效晶體管放大器一、MOS場效晶體管的結構、符號與工作原理2.耗盡型NMOSFET（1）結構和符號耗盡型NMOSFET的結構及符號如圖3--3-5所示。（2）工作原理耗盡型NMOSFET的工作原理電路如圖3--3-6所示。由于其本身已存在

導電溝道，故在UDS>0時：圖3--3-5耗盡型NMOSFET圖3--3-6耗盡型NMOSFET工作原理電路教學活動2：認知MOS場效晶體管的基礎知識3.3.1MOS場效晶體管3.3MOS場效晶體管放大器一、MOS場效晶體管的結構、符號與工作原理2.耗盡型NMOSFET

（2）工作原理①當UGS＝0時，溝道存在，有電流ID；②當UGS＞0時，導致溝道變寬，ID增大；③當UGS＜0時，溝道隨此負電壓的變化而變化，負電壓削弱導電溝道使之逐漸變窄，ID也隨之逐漸減小；當UGS小于某一負電壓（此電壓稱為夾斷電壓UP）時，導電溝道被阻斷，ID變為0；實現UGS對ID的控制。處于放大狀態的耗盡型NMOSFET，正常工作于UP＜UGS＜0時。教學活動2：認知MOS場效晶體管的基礎知識3.3.1MOS場效晶體管3.3MOS場效晶體管放大器一、MOS場效晶體管的結構、符號與工作原理3.圖形符號

各種MOS管在電路中的圖形符號，如圖3--3-7所示。圖3--3-7

MOSFET圖形符號教學活動2：認知MOS場效晶體管的基礎知識3.3.1MOS場效晶體管3.3MOS場效晶體管放大器二、MOS場效晶體管的主要參數（1）開啟電壓UT在UDS為定值的條件下，使增強型場效晶體管產生溝道，導電溝道開始導通（ID達到某一定值，如10μA）時，所需加的UGS值。（2）夾斷電壓UP在UDS為定值的條件下，耗盡型場效晶體管ID減小到近于零時的UGS值。它是耗盡型MOS管的重要參數。（3）飽和漏極電流IDSS耗盡型場效晶體管工作在飽和區且UGS＝0時，所對應的漏極電流。它是耗盡型MOS管的重要參數。（4）直流輸入電阻RGS柵源電壓UGS與對應的柵極電流IG之比。一般在109～1015Ω。（5）跨導gm

UDS一定時，漏極電流變化量ΔID和引起這個變化的柵源電壓變化量ΔUGS之比。它是反映柵源電壓對漏極電流的控制能力的重要參數，一般在103～5×103μA/V。教學活動2：認知MOS場效晶體管的基礎知識3.3.1MOS場效晶體管3.3MOS場效晶體管放大器二、MOS場效晶體管的主要參數（6）極間電容指MOS管三個電極之間的等效電容CGS、CGD、CDS，一般為幾個皮法。極間電容小的MOS管高頻特性好。（7）漏極最大允許耗散功率PDM指ID與UDS的乘積不應超過的極限值。（8）漏極擊穿電壓U(BR)DS指漏極電流開始急劇上升時所加的漏－源極之間的電壓。三、MOS場效晶體管的使用注意事項（1）要注意不同類型MOS管的柵、源、漏各極電壓的極性。（2）為了防止柵極擊穿，要求一切測試儀器、儀表、電烙鐵都必須有外接地線。（3）MOS管的柵極是絕緣的，感應電荷不易泄放，而且絕緣層很薄，極易擊穿。（4）場效晶體管（包括結型）的漏極與源極通常可以互換使用。但是有的MOS場效晶體管在制造時已把源極和襯底連接在一起了，這種MOS場效晶體管的源極和漏極就不能互換使用。教學活動2：認知MOS場效晶體管的基礎知識3.3.1MOS場效晶體管3.3MOS場效晶體管放大器【實踐應用】MOS場效晶體管在其輸入端基本不取電流或電流極小，具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩定性好、制造工藝簡單等特點，在大規模和超大規模集成電路中被應用。由于MOS場效晶體管具有很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換，常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。MOS場效晶體管的溝道電阻由柵源電壓控制，可用作可變電阻；由于三極管導通電阻大，場效應管導通電阻小，只有幾百毫歐姆，故MOS場效晶體管做無觸點開關來用，開關效率更高。教學活動3：MOS場效晶體管放大器的基本知識3.3.2MOS場效晶體管放大器的基本知識3.3MOS場效晶體管放大器一、MOS場效晶體管放大電路MOS場效晶體管放大電路有共源放大器、共柵放大器、共漏放大器三種形式如圖3-3-8所示，其性能特點與晶體三極管放大器相似。圖3-3-8MOS場效晶體管三種放大電路形式MOS場效應晶體管的ig=0，所以共源放大器、共漏放大器的輸入電阻和電流增益趨于無窮大。教學活動3：MOS場效晶體管放大器的基本知識3.3.2MOS場效晶體管放大器的基本知識3.3MOS場效晶體管放大器二、共源放大器電路如圖3--3-9所示。放大管為耗盡型NMOS管，RG1和RG2為分壓電阻，RD、RS分別是漏、源極電阻，適當選擇其電阻值，可以取得合適而穩定的柵偏壓，建立適當的靜態工作點，使電路工作在放大狀態。C1、C2分別是輸入、輸出耦合電容，CS是源極旁路電容，VDD為漏極電源。信號從G、S極間輸入，從D、S極間輸出。可見該電路的結構與三極管分壓式偏置共發射極放大電路十分相似。圖3--3-9

NMOS共源極放大電路教學活動3：MOS場效晶體管放大器的基本知識3.3.2MOS場效晶體管放大器的基本知識3.3MOS場效晶體管放