模電20(場(chǎng)效應(yīng)管FET)

1、交、直流交、直流放大放大電路電路信號(hào)信號(hào)運(yùn)算運(yùn)算電路電路信號(hào)信號(hào)處理處理與與產(chǎn)生產(chǎn)生電路電路直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源模擬電路的主要內(nèi)容模擬電路的主要內(nèi)容Ch. 4、5、6、7、8Ch. 2Ch. 9Ch. 10（分類依據(jù)：電路功能，（分類依據(jù)：電路功能，輸入信號(hào)輸入信號(hào)與與輸出信號(hào)輸出信號(hào)之間的關(guān)系）之間的關(guān)系）基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)Ch. 1、3交、直流交、直流放大放大電路電路分立元件分立元件集成器件集成器件場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管FET雙極結(jié)型三極管雙極結(jié)型三極管BJTCh.6Ch.4集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路Ch.5功率放大電路功率放大電路其它專門電路其它專門電路Ch.8放大電路中的反饋放大電路

2、中的反饋Ch.75 5 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路(另一類三端放大器件)5.1 金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體（半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管）場(chǎng)效應(yīng)管5.3 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）*5.4 砷化鎵金屬砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管5.5 各種放大器件電路性能比較各種放大器件電路性能比較5.2 MOSFET放大電路放大電路5.1 金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體（半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管）場(chǎng)效應(yīng)管5.1.1 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET5.1.5 MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù)5.1.2 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET5.1.3 P溝道溝道MOSFET5.1

3、.4 溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)特點(diǎn)：特點(diǎn)：體積小，重量輕，耗電省，壽命長(zhǎng)；輸入阻抗高，體積小，重量輕，耗電省，壽命長(zhǎng)；輸入阻抗高，噪聲低，熱穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)，制造工藝噪聲低，熱穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)，制造工藝簡(jiǎn)單。尤其簡(jiǎn)單。尤其MOS管在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電管在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中占有重要地位。路中占有重要地位。P溝道溝道耗盡型耗盡型P溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型N溝道溝道N溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)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：場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓

4、時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在增強(qiáng)型增強(qiáng)型：場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道：場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道場(chǎng)效應(yīng)管的分類：場(chǎng)效應(yīng)管的分類：5.1.1 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（N溝道）溝道）L ：溝道長(zhǎng)度：溝道長(zhǎng)度W ：溝道寬度：溝道寬度tox ：絕緣層厚度：絕緣層厚度通常通常 W L 5.1.1 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（N溝道）溝道）符號(hào)箭頭方向：箭頭方向：由由P指向指向N虛線：虛線：增強(qiáng)型增強(qiáng)型2. 工作原理工作原理（1）vGS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用vGS0： 無導(dǎo)電溝道，無導(dǎo)電溝道， d、s間加電壓間加電壓時(shí)，也無電

5、流產(chǎn)生。時(shí)，也無電流產(chǎn)生。0vGS V VT T ）時(shí)，）時(shí)，vDSDS iD D 溝道電位梯度溝道電位梯度 整個(gè)溝道呈整個(gè)溝道呈楔形分布楔形分布2. 工作原理工作原理當(dāng)當(dāng)vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T ）時(shí)，）時(shí)，vDSDS iD D 溝道電位梯度溝道電位梯度 當(dāng)當(dāng)vDSDS增加到使增加到使vGDGD= =V VT T 時(shí)，時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。在預(yù)夾斷處：在預(yù)夾斷處：vGDGD= =vGSGS- -vDS DS = =V VT T2. 工作原理工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用預(yù)夾斷后，預(yù)夾斷后，vDSDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng)夾斷區(qū)

6、延長(zhǎng)溝道電阻溝道電阻 iD D基本不變基本不變2. 工作原理工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用 vDSDS一定，一定，vGSGS變化時(shí)變化時(shí) 給定一個(gè)給定一個(gè)vGS GS ，就有一條不，就有一條不同的同的 iD D vDS DS 曲線。曲線。2. 工作原理工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用3. V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程）輸出特性及大信號(hào)特性方程const.DSDGS)( vvfi 截止區(qū)截止區(qū)當(dāng)當(dāng)vGSVT時(shí)，導(dǎo)電溝道尚時(shí)，導(dǎo)電溝道尚未形成，未形成，iD0，為截止工，為截止工作狀態(tài)。作狀態(tài)。符號(hào)c

7、onst.DSDGS)( vvfi 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) vGS VT ， vDS（vGSVT）3. V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程）輸出特性及大信號(hào)特性方程 )(22DSDSTGSnDvvv VKi由于由于vDS較小，可近似為較小，可近似為DSTGSnD )V(Kivv 2 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) vGS VT ， vDS（vGSVT）3. V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程）輸出特性及大信號(hào)特性方程DSTGSnD )V(Kivv 2 n ：反型層中電子遷移率：反型層中電子遷移率Cox

8、：柵極（與襯底間）氧：柵極（與襯底間）氧化層單位面積電容化層單位面積電容本征電導(dǎo)因子本征電導(dǎo)因子oxnnCK LWCLWKK22oxnnnKn為電導(dǎo)常數(shù)，單位：為電導(dǎo)常數(shù)，單位：mA/VmA/V2 2const.DSDGS)( vvficonst.DSDGS)( vvfi 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) vGS VT ， vDS（vGSVT）3. V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程）輸出特性及大信號(hào)特性方程DSTGSnD )V(Kivv 2常常數(shù)數(shù) GSDDSdsoddvvir)(TGSnVK v21rdso是一個(gè)受是一個(gè)受vGS控制的可變電阻控制的可

9、變電阻 飽和區(qū)飽和區(qū)（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）vGS GS VT ，且，且vDSDS（v vGSGSVT）3. V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程）輸出特性及大信號(hào)特性方程2)(TGSnDVKi v221)(TGSTn VVKv21)(TGSDO VIv2TnDOVKI 是是vGSGS2 2VT時(shí)的時(shí)的iD D )(22DSDSTGSnDvvv VKi恒流約等于預(yù)夾斷點(diǎn)處恒流約等于預(yù)夾斷點(diǎn)處iD ：const.DSDGS)( vvfi（2）轉(zhuǎn)移特性）轉(zhuǎn)移特性const.GSDDS)( vvfi21)(TGSDOD VIiv3.

10、V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程5.1.2 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET1. 結(jié)構(gòu)和工作原理簡(jiǎn)述（結(jié)構(gòu)和工作原理簡(jiǎn)述（N溝道）溝道）二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子 可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流5.1.2 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET2. V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程 21)(PGSDSSDVIiv 21)(TGSDOD VIiv（N N溝道增強(qiáng)型）溝道增強(qiáng)型）夾斷電壓夾斷電壓VP5.1.3 P溝道溝道MOSFETID電流方向電流方向:

11、流出漏極流出漏極增強(qiáng)型管開啟電壓增強(qiáng)型管開啟電壓VT 01） |VGS | | VT |時(shí)導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通2） | VGS | | VT |時(shí)截止時(shí)截止 正常工作時(shí)：正常工作時(shí)：VDS 0 如果如果ID以流入漏極為以流入漏極為參考正方向，則參考正方向，則P管特性管特性曲線與曲線與N管特性曲線關(guān)于管特性曲線關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱。原點(diǎn)對(duì)稱。符號(hào)符號(hào)注：襯底注：襯底B與與S之間零偏或反偏。之間零偏或反偏。BS可連在一起，可連在一起，或或 NMOS可將可將B接電路的最接電路的最低低電位；電位；PMOS可將可將B接電路的最接電路的最高高電位。電位。5.1.5 MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù)一、直流參數(shù)一、直流參數(shù)N

12、MOSNMOS增強(qiáng)型增強(qiáng)型1. 1. 開啟電壓開啟電壓V VT T （增強(qiáng)型參數(shù)）（增強(qiáng)型參數(shù)）2. 2. 夾斷電壓夾斷電壓V VP P （耗盡型參數(shù)）（耗盡型參數(shù)）3. 3. 飽和漏電流飽和漏電流I IDSSDSS （耗盡型參數(shù)）（耗盡型參數(shù)）4. 4. 直流輸入電阻直流輸入電阻R RGSGS （10109 910101515 ）二、交流參數(shù)二、交流參數(shù) 1. 1. 輸出電阻輸出電阻r rdsds GSDDSdsVir vD12TGSnds1)(iVKr v當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)， 0 0，rdsds 5.1.5 MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù)三、極限參數(shù)三、極限參

13、數(shù) 1. 1. 最大漏極電流最大漏極電流I IDMDM 2. 2. 最大耗散功率最大耗散功率P PDMDM 3. 3. 最大漏源電壓最大漏源電壓V V（BRBR）DSDS 4. 4. 最大柵源電壓最大柵源電壓V V（BRBR）GSGS 5.3 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 5.3.1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲線及參數(shù)的特性曲線及參數(shù) 5.3.3 JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法放大電路的小信號(hào)模型分析法 5.3.1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 2. 工作原理工作原理 vGS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)vGS0時(shí)時(shí)（

14、以（以N溝道溝道JFET為例）為例） 當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源電壓柵源電壓vGS稱為稱為夾斷電壓夾斷電壓VP （ 或或VGS(off) ）。）。對(duì)于對(duì)于N溝道的溝道的JFET，VP 0。PN結(jié)反偏結(jié)反偏耗盡層加厚耗盡層加厚溝道變窄。溝道變窄。 vGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄。繼續(xù)變窄。 vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)vGS=0時(shí)，時(shí)， vDS iD g、d間間PN結(jié)的反向結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形變窄，從上至下呈楔形分布。分布。 當(dāng)當(dāng)vDS增加到使增加到使vGD=VP

15、時(shí)，在緊靠漏時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)此時(shí)vDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng)夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻溝道電阻 iD基本不變基本不變2. 工作原理工作原理（以（以N溝道溝道JFET為例）為例） vGS和和vDS同時(shí)作用時(shí)同時(shí)作用時(shí)當(dāng)當(dāng)VP vGS0 時(shí)，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，時(shí)，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，對(duì)于同樣的對(duì)于同樣的vDS ， iD的值比的值比vGS=0時(shí)的值要小。時(shí)的值要小。在預(yù)夾斷處在預(yù)夾斷處vGD=vGS-vDS =VP 2. 工作原理工作原理（以（以N溝道溝道JFET為例）為例）5.3.2 JFET的特性曲線及參數(shù)的特性曲線及參數(shù)const.DSDGS)( vvfi2. 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 const.GSDDS)( vvfi1. 輸出特性輸出特性 2PGSDSSD)1(VIiv (VPvGS0)FET總結(jié)總結(jié) 溝道中只有一種類型的多數(shù)載