南航考研模擬電子線路(模電)第一章03

南航考研模擬電子線路(模電)第一章03第一頁，共35頁。l.5.1結(jié)型場效應管1.N溝道結(jié)型場效應管

(1)結(jié)構(gòu)在一塊N型半導體材料兩邊擴散高濃度的P型區(qū)(用P+表示)：柵極G：兩邊P+型區(qū)引出的兩個歐姆電極并連在一起；源極S、漏極D：在N型半導體材料兩端各引出的一個歐姆電極；導電溝道：兩個PN結(jié)阻擋層之間的N型區(qū)域。

2023/4/16第二頁，共35頁。

2023/4/16第三頁，共35頁。當uGS由零向負值增大時，PN結(jié)的反向電壓增大，耗盡層將加寬，使溝道變窄，溝道電阻增大，從而控制漏極與源極之間導電電阻的大小。當uGS進一步增大到某一值UGS（off）（夾斷電壓）時，溝道被全部夾斷，溝道電阻趨于無窮大。工作原理：（1）uGS對iD的影響2023/4/16第四頁，共35頁。工作原理：（2）uDS對iD的影響

預夾斷：當uDS增大到UGS（off）時，溝道在靠近漏極一端的A點處剛好被夾斷。預夾斷時，iD大到漏極飽和電流IDSS。預夾斷后，iD基本不隨uDS增大而變化，基本保持在漏極飽和電流IDSS。2023/4/16第五頁，共35頁。工作原理：（2）uDS對iD的影響當uGS不等于0，uGD=uGS-uDS=UGS(off)預夾斷時，iD大到漏極飽和電流IDSS。預夾斷后，iD基本不隨uDS增大而變化，基本保持在漏極飽和電流IDSS。2023/4/16第六頁，共35頁。預夾斷時：夾斷預夾斷前：預夾斷后：2023/4/16第七頁，共35頁。小結(jié)iD受控于uGS：|uGS|↑則iD↓直至iD=0iD受uDS影響：uDS↑則iD先上升，隨后保持不變以預夾斷為分界線：預夾斷前：uDS↑則iD↑

預夾斷后：uDS↑則iD保持不變2023/4/16第八頁，共35頁。(3)特性曲線與特征方程

1)輸出特性曲線：輸出特性曲線可分為可變電阻區(qū)I、飽和區(qū)Ⅱ和擊穿區(qū)Ⅲ。2023/4/16第九頁，共35頁。

I區(qū)為可變電阻區(qū)（非飽和區(qū)）。對應溝道未預夾斷部分，當一定時，隨增加，線性增加。當一定時，越大，就越小。

Ⅱ區(qū)為飽和區(qū)（恒流區(qū)）。溝道預夾斷后，增加，幾乎不變，呈飽和狀態(tài)，主要由控制。溝道長度調(diào)制效應：當溝道預夾斷后，隨增加，略有增加，因而曲線隨增加而略有上翹。

Ⅲ區(qū)為擊穿區(qū)，超過一定數(shù)值時，柵漏間PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，迅速增大。在模擬電路中，場效應管通常工作在飽和區(qū)。2023/4/16第十頁，共35頁。2)特征方程轉(zhuǎn)移特性：

轉(zhuǎn)移特性描述了為常數(shù)時對的控制作用，可通過漏極特性求得。在范圍內(nèi)，與之間呈平方律關(guān)系:

2023/4/16第十一頁，共35頁。2.P溝道結(jié)型場效應管

P溝道結(jié)型場效應管與N溝道結(jié)型場效應管對應，所有外加電壓極性、電流方向與N溝道結(jié)型場效應管相反。2023/4/16第十二頁，共35頁。1.5.2絕緣柵場效應管絕緣柵型場效應管:利用半導體表面的電場效應，由感應電荷的多少改變導電溝道的寬窄來控制電流的大小。

MOS管:絕緣柵場效應管中，常用二氧化硅(SiO2)作為金屬(鋁)柵極和半導體之間的絕緣層，又稱為金屬—氧化物—半導體場效應管。

MOS管有N溝道和P溝道兩類，而每一類又分增強型和耗盡型兩種。2023/4/16第十三頁，共35頁。1．N溝道增強型MOS場效應管源極(S)、漏極(D):

用P型硅片作為襯底，其中擴散兩個N+區(qū)，并的引出電極；柵極(G)：半導體表面覆蓋SiO2絕緣層，絕緣層上再在源區(qū)和漏區(qū)之間制造的一層金屬鋁。

2023/4/16第十四頁，共35頁。2．工作原理1）。反型層：絕緣層下面D、S之間形成的N型導電溝道。開啟電壓：開始形成反型層時的電壓。2023/4/16第十五頁，共35頁。2）增大。在作用下，形成漏極電流。導電溝道為梯形;2023/4/16第十六頁，共35頁。3）繼續(xù)增大。當，溝道被預夾斷。溝道預夾斷時，管子進入飽和區(qū)；

2023/4/16第十七頁，共35頁。

4)再繼續(xù)增大。溝道預夾斷后，繼續(xù)增大，夾斷點A向源極方向移動，略有增大；2023/4/16第十八頁，共35頁。5)當時開始形成導電溝道。當時，隨增大，導電溝道變厚，溝道電阻變小。2023/4/16第十九頁，共35頁。小結(jié)iD受控于uGS：uGS↓則iD↓直至iD=0iD受uDS影響：uDS↑則iD先上升，隨后保持不變以預夾斷為分界線：預夾斷前：uDS↑則iD↑

預夾斷后：uDS↑則iD保持不變夾斷：uGS<UGS(th)，iD=0預夾斷時：uGD=uGS-uDS=UGS(th)，iD≠02023/4/16第二十頁，共35頁。3.特性曲線

2023/4/16第二十一頁，共35頁。飽和區(qū)工作時的轉(zhuǎn)移特性曲線可用以下公式表示：

N溝道增強型MOS管輸出特性曲線也可分為可變電阻區(qū)I、飽和區(qū)Ⅱ和擊穿區(qū)Ⅲ2023/4/16第二十二頁，共35頁。2.P溝道增強型MOS管

P溝道增強型場效應管與N溝道增強型場效應管對應，所有外加電壓極性、電流方向與N溝道增強型場效應管相反。2023/4/16第二十三頁，共35頁。2023/4/16第二十四頁，共35頁。3.N溝道和P溝道耗盡型場效應管

夾斷電壓（）：在N溝道耗盡型場效應管中，當減小為一定負值時，導電溝道消失，此時的電壓。將開啟電壓換成夾斷電壓：

式中：2023/4/16第二十五頁，共35頁。

2023/4/16第二十六頁，共35頁。2023/4/16第二十七頁，共35頁。1.5.3 場效應管的小信號模型2023/4/16第二十八頁，共35頁。端口特性由下列函數(shù)表示

得：

：跨導，體現(xiàn)柵源電壓對漏極電流的控制能力：場效應管d-s間的微變等效電阻。2023/4/16第二十九頁，共35頁。2023/4/16第三十頁，共35頁。1.5.4場效應管的主要參數(shù)1.直流參數(shù)漏極飽和電流：結(jié)型和耗盡型場效應管的重要參數(shù)之一。夾斷電壓：結(jié)型和耗盡型場效應管的重要參數(shù)之一。開啟電壓：增強型場效應管的重要參數(shù)之一。直流輸入電阻:柵源電壓與柵極電流之比。2023/4/16第三十一頁，共35頁。2.交流參數(shù)

低頻跨導：表征工作點Q上柵源電壓對漏極電流控制作用大小的一個參數(shù)：交流輸出電阻：為輸出特性在直流工作點Q處切線斜率的倒數(shù)：2023/4/16第三十二頁，共35頁。3.極限參數(shù)

最大漏極電流:管子在正常工作時允許的最大漏極電流。最大耗散功率:，受管子的最高工作溫度和散熱條件限制。柵源擊穿電壓：對結(jié)型管指柵極與溝道間PN結(jié)的反向擊穿電壓；對絕緣柵型，指使絕緣層擊穿的電壓。漏源擊穿電壓：漏極附近PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿時的。

2023/4/16第三十三頁，共35頁。1.5.5場效應管與晶體三極管的比較場效應管與晶體三極管比較，具有如下特點：場效應管是