《模擬電子教學(xué)資料》第1章第四節(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管

§1.4

場(chǎng)效應(yīng)晶體管

場(chǎng)效應(yīng)管是一種利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制電流的一種半導(dǎo)體器件，是僅由一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件。從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的N溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。場(chǎng)效應(yīng)管：結(jié)型N溝道P溝道

MOS型N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型耗盡型編輯ppt§1.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JunctionFieldEffectTransistor)

1.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

箭頭方向表示柵結(jié)正偏或正偏時(shí)柵極電流方向。N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)動(dòng)畫(2-8)D(Drain):漏極，相當(dāng)c

G(Gate):柵極，相當(dāng)b

S(Source):源極，相當(dāng)e編輯ppt2.工作原理ID（1）VGS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響：(a)VGS=0，VDS=0，ID=0

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管通常工作在反偏的條件下。N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管只能工作在負(fù)柵壓區(qū)，P溝道的只能工作在正柵壓區(qū)。N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理：場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理(2-9)編輯ppt工作原理(c)|VGS|

=VP

，導(dǎo)電溝道被全夾斷(b)0<VGS<VPVGS耗盡層變寬VGS控制導(dǎo)電溝道的寬窄，即控制ID的大小。VP(VGS(OFF))：夾斷電壓編輯ppt工作原理（2）VDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響：VDS>0但

|VGD|=|VGS-VDS|<|VP|.VDS增加，d端電位高，s端電位低，導(dǎo)電溝道內(nèi)存在電位梯度，所以耗盡層上端變寬。

VDSIDID編輯ppt工作原理(b)|VGS-VDS|

=|VP|時(shí)，導(dǎo)電溝道在a點(diǎn)相遇，溝道被夾斷。VGS=0時(shí)，產(chǎn)生夾斷時(shí)的ID稱為漏極飽和電流IDSSID編輯ppt工作原理(c)VDS夾端長(zhǎng)度ID=IDSS基本不變。ID場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理動(dòng)畫(2-9)編輯ppt3.特性曲線VDS=10V時(shí)的轉(zhuǎn)移特性曲線IDSS是在VGS=0，VDS>

|VP|時(shí)的漏極電流

當(dāng)|vGS-vDS|

|

vP|后，管子工作在恒流區(qū)，vDS對(duì)iD的影響很小。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)|vGS-vDS|

|

VP|時(shí)，iD可近似表示為：特性2特性編輯ppt§1.4.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(InsulatedGateFieldEffectTransistor)

絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管IGFET又稱金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET(MetalOxide

SemiconductorFET)是一種利用半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)效應(yīng)，由感應(yīng)電荷的多少改變導(dǎo)電溝道來控制漏極電流的器件，它的柵極與半導(dǎo)體之間是絕緣的，其電阻可達(dá)1015。增強(qiáng)型：VGS=0時(shí)，漏源之間沒有導(dǎo)電溝道， 在VDS作用下無iD。耗盡型：VGS=0時(shí)，漏源之間有導(dǎo)電溝道， 在VDS作用下有iD。編輯ppt1.N溝道增強(qiáng)型MOSFET濃度較低的P型硅;SiO2

薄膜絕緣層;兩個(gè)高摻雜的N型區(qū);從N型區(qū)引出電極作為D和S;在絕緣層上鍍一層金屬鋁并引出一個(gè)電極作為G;D(Drain):漏極，相當(dāng)c

G(Gate):柵極，相當(dāng)b

S(Source):源極，相當(dāng)eB(Substrate):襯底結(jié)構(gòu)動(dòng)畫(2-3)(1)結(jié)構(gòu)和符號(hào)編輯ppt(2)工作原理（以N溝道增強(qiáng)型為例）(a)VGS=0時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的二極管，在D、S之間加上電壓，不管VDS極性如何，其中總有一個(gè)PN結(jié)反向，所以不存在導(dǎo)電溝道。

VGS=0，ID=0VGS必須大于0管子才能工作。①柵源電壓VGS的控制作用柵源電壓VGS的控制作用動(dòng)畫編輯ppt①柵源電壓VGS的控制作用

（b）當(dāng)柵極加有電壓時(shí)，若0＜VGS＜VT（VT

稱為開啟電壓)

0＜VGS＜VT，

ID=0柵源電壓VGS的控制作用動(dòng)畫編輯ppt①柵源電壓VGS的控制作用(c)進(jìn)一步增加VGS，當(dāng)VGS＞VT時(shí)，

VGS>0g吸引電子反型層導(dǎo)電溝道VGS反型層變厚VDS

ID柵源電壓VGS的控制作用動(dòng)畫(2-4)編輯ppt②漏源電壓VDS對(duì)漏極電流ID的控制作用（a）如果VGS＞VT且固定為某一值，溝道變化；VDSID②漏源電壓VDS對(duì)漏極電流ID的影響漏源電壓VDS對(duì)溝道的影響動(dòng)畫編輯ppt②漏源電壓VDS對(duì)漏極電流ID的控制作用（b）當(dāng)VDS增加到使VGD=VT時(shí)，溝道如圖所示，靠近漏極的溝道被夾斷，稱為預(yù)夾斷。漏源電壓VDS對(duì)溝道的影響動(dòng)畫編輯ppt②漏源電壓VDS對(duì)漏極電流ID的控制作用VDSID不變（c）當(dāng)VDS增加到VGDVT時(shí)，溝道如圖所示。此時(shí)預(yù)夾斷區(qū)域加長(zhǎng)，向S極延伸。VDS增加的部分基本降落在隨之加長(zhǎng)的夾斷溝道上，ID基本趨于不變漏源電壓VDS對(duì)溝道的影響動(dòng)畫(2-5)編輯ppt

ID=f(VGS)VDS=const轉(zhuǎn)移特性曲線iDvGS/VID=f(VDS)VGS=const輸出特性曲線vDS/ViD(3)特性曲線（以N溝道增強(qiáng)型為例）轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm的大小反映了柵源電壓VGS對(duì)漏極電流ID的控制作用。gm

的量綱為mA/V，稱為跨導(dǎo)。

gm=ID/VGSVDS=const編輯ppt輸出特性曲線vDS/ViD(1)截止區(qū)（夾斷區(qū)）VGS<VT以下區(qū)域就是截止區(qū)VGSVTID=0(3)放大區(qū)（恒流區(qū)）產(chǎn)生夾斷后，VDS增大，ID不變的區(qū)域，VGS-VDSVP，VDSID不變處于恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管相當(dāng)于一個(gè)壓控電流源(2)飽和區(qū)（可變電阻區(qū)）未產(chǎn)生夾斷時(shí)，VDS增大，ID隨著增大的區(qū)域VGS-VDSVTVDSID處于飽和區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管相當(dāng)于一個(gè)壓控可變電阻編輯ppt2.其它類型MOS管（1）N溝道耗盡型：編輯ppt各種類型MOS管的特性曲線絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管N溝道增強(qiáng)型P溝道增強(qiáng)型編輯ppt各種類型MOS管的特性曲線絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

N溝道耗盡型P

溝道耗盡型編輯ppt§1.4.3

場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)開啟電壓VT：在VDS為一固定數(shù)值時(shí)，能產(chǎn)生ID所需要的最小|VGS|值。（增強(qiáng)）1.直流參數(shù)夾斷電壓VP：在VDS為一固定數(shù)值時(shí)，使ID對(duì)應(yīng)一微小電流時(shí)的|VGS|值。（耗盡）飽和漏極電流IDSS：在VGS=0時(shí)，VDS>

|VP|時(shí)的漏極電流。（耗盡）(4)

直流輸入電阻Rgs：在VDS=0時(shí)，柵源間直流電壓與柵極直流電流的比值編輯ppt2.交流參數(shù)(1)低頻跨導(dǎo)gm

：表示vGS對(duì)iD的控制作用。在轉(zhuǎn)移特性曲線上，gm

是曲線在某點(diǎn)上的斜率，也可由iD的表達(dá)式求導(dǎo)得出，單位為S或mS。(2)輸出電阻rds

：表示VDS對(duì)iD的影響它是輸出特性曲線上工作點(diǎn)處斜率的倒數(shù)。(3)極間電容

：漏源電容CDS約為0.1~1pF，柵源電容CGS和柵漏極電容CGD約為1~3pF。編輯ppt3.極限參數(shù)(1)最大漏極電流IDM

(3)漏源擊穿電壓V(BR)DS

柵源擊穿電壓V(BR)GS

(2)最大漏極耗散功率PDM

編輯ppt§2.5場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管的小信號(hào)模型共源極放大電路共漏極放大電路共柵組態(tài)基本放大電路編輯ppt2.5.1場(chǎng)效應(yīng)管的小信號(hào)模型一般rds很大，可忽略，得簡(jiǎn)化小信號(hào)模型:編輯ppt2.5.2共源極放大電路以NMOS增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管為例三極管與場(chǎng)效應(yīng)管三種組態(tài)對(duì)照表：編輯ppt1電路組成

比較共源和共射放大電路，它們只是在偏置電路和受控源的類型上有所不同。只要將微變等效電路畫出，就是一個(gè)解電路的問題了。

圖中Rg1、Rg2是柵極偏置電阻，Rs是源極電阻，Rd是漏極負(fù)載電阻。與共射基本放大電路的Rb1、Rb2，Re和Rc分別一一對(duì)應(yīng)。編輯ppt2靜態(tài)工作點(diǎn)的確定（估算法）直流通路

靜態(tài)工作點(diǎn)(估算法）：

VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)

VGS=VG－VS=VG－IDR

ID=IDSS[1－(VGS/VP)]2

VDS=VDD－ID(Rd+R)

解出VGS、ID和VDS。編輯ppt3動(dòng)態(tài)參數(shù)分析微變等效電路編輯ppt2.5.3共漏極放大電路

直流分析VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)VGS=VG－VS=VG－IDRID=IDSS[1－(VGS/VP)]2VDS=VDD－IDR由此可以解出VGS、ID和VDS。與三極管共集電極電路對(duì)應(yīng)直流通路：Rg的作用？編輯ppt交流分析編輯ppt輸出電阻編輯ppt2.5.4共柵極放大電路Ro≈Rd編輯ppt例題1共源已知：gm=0.3mA/VIDSS=3mAVP=-2V解：靜態(tài)分析：VGS=-RIDID=IDSS[1－