MOS管工作原理

1、第三章 場效應管放大器,絕緣柵場效應管 結型場效應管,3.2 場效應管放大電路,效應管放大器的靜態(tài)偏置 效應管放大器的交流小信號模型 效應管放大電路,3.1 場效應管,3.1 場效應管,BJT是一種電流控制元件(iB iC)，工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，所以被稱為雙極型器件。 場效應管（Field Effect Transistor簡稱FET）是一種電壓控制器件(uGS iD) ，工作時，只有一種載流子參與導電，因此它是單極型器件。 FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點，得到了廣泛應用。,FET分類：,絕緣柵場效應管,結型場效應管,增強型,耗盡型,N溝道

2、,P溝道,N溝道,P溝道,N溝道,P溝道,一. 絕緣柵場效應管,絕緣柵型場效應管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，簡稱MOSFET。分為： 增強型 N溝道、P溝道 耗盡型 N溝道、P溝道,1.N溝道增強型MOS管 （1）結構 4個電極：漏極D， 源極S，柵極G和 襯底B。,符號：,當uGS0V時縱向電場 將靠近柵極下方的空穴向下排斥耗盡層。,（2）工作原理,當uGS=0V時，漏源之間相當兩個背靠背的 二極管，在d、s之間加上電壓也不會形成電流，即管子截止。,再增加uGS縱向電場 將P區(qū)少子電子聚集到 P區(qū)表面形成導電溝道，如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電

3、流id。,柵源電壓uGS的控制作用,定義： 開啟電壓（ UT）剛剛產(chǎn)生溝道所需的 柵源電壓UGS。,N溝道增強型MOS管的基本特性： uGS UT，管子截止， uGS UT，管子導通。 uGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。,轉移特性曲線： iD=f(uGS)uDS=const,可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線。 例：作uDS=10V的一條轉移特性曲線：,UT,一個重要參數(shù)跨導gm：,gm=iD/uGS uDS=const (單位mS) gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。 在轉移特性曲線上， gm為的曲線的斜率。 在輸出特性曲線上也可求出gm。,2

4、.N溝道耗盡型MOSFET,特點： 當uGS=0時，就有溝道，加入uDS，就有iD。 當uGS0時，溝道增寬，iD進一步增加。 當uGS0時，溝道變窄，iD減小。,在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當uGS=0時，這些正離子已經(jīng)感應出反型層，形成了溝道。,定義： 夾斷電壓（ UP）溝道剛剛消失所需的柵源電壓uGS。,3、P溝道耗盡型MOSFET,P溝道MOSFET的工作原理與N溝道 MOSFET完全相同，只不過導電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。,4. MOS管的主要參數(shù),（1）開啟電壓UT （2）夾斷電壓UP （3）跨導gm

5、：gm=iD/uGS uDS=const （4）直流輸入電阻RGS 柵源間的等效電阻。由于MOS管柵源間有sio2絕緣層，輸入電阻可達1091015。,二. 結型場效應管,1. 結型場效應管的結構（以N溝為例）：,兩個PN結夾著一個N型溝道。三個電極： g：柵極 d：漏極 s：源極,符號：,N溝道,P溝道,2. 結型場效應管的工作原理,（1）柵源電壓對溝道的控制作用,在柵源間加負電壓uGS ，令uDS =0 當uGS=0時，為平衡PN結，導電溝道最寬。,當uGS時，PN結反偏，耗盡層變寬，導電溝道變窄，溝道電阻增大。,當uGS到一定值時 ，溝道會完全合攏。,定義： 夾斷電壓UP使導電溝道完全合

6、攏（消失）所需要的柵源電壓uGS。,（2）漏源電壓對溝道的控制作用,在漏源間加電壓uDS ，令uGS =0 由于uGS =0，所以導電溝道最寬。 當uDS=0時， iD=0。,uDSiD 靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，呈楔形分布。,當uDS ，使uGD=uG S- uDS=UP時，在靠漏極處夾斷預夾斷。,預夾斷前， uDSiD 。 預夾斷后， iDSiD 幾乎不變。,uDS再，預夾斷點下移。,（3）柵源電壓uGS和漏源電壓uDS共同作用,iD=f（ uGS 、uDS）,可用輸兩組特性曲線來描繪。,（1）輸出特性曲線： iD=f（ uDS ）uGS=常數(shù),3、 結型場效應三極管的特性曲線,設

7、：UT= -3V,四個區(qū)：,恒流區(qū)的特點： iD / uGS = gm 常數(shù) 即： iD = gm uGS （放大原理）,（a）可變電阻區(qū)（預夾斷前）。,（b）恒流區(qū)也稱飽和 區(qū)（預夾斷 后）。,（c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。,（d）擊穿區(qū)。,可變電阻區(qū),恒流區(qū),截止區(qū),擊穿區(qū),（2）轉移特性曲線： iD=f（ uGS ）uDS=常數(shù),可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線。 例：作uDS=10V的一條轉移特性曲線：,4 .場效應管的主要參數(shù),(1) 開啟電壓UT UT 是MOS增強型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值, 場效應管不能導通。,（2）夾斷電壓UP UP 是MOS耗盡型和結型FET的參數(shù)，

8、當uGS=UP時,漏極電流為零。,（3）飽和漏極電流IDSS MOS耗盡型和結型FET, 當uGS=0時所對應的漏極電流。,（4）輸入電阻RGS 結型場效應管，RGS大于107，MOS場效應管, RGS可達1091015。,（5） 低頻跨導gm gm反映了柵壓對漏極電流的控制作用，單位是mS(毫西門子)。,（6） 最大漏極功耗PDM PDM= UDS ID，與雙極型三極管的PCM相當。,5 .雙極型和場效應型三極管的比較,一. 直流偏置電路 保證管子工作在飽和區(qū)，輸出信號不失真,3. 2 場效應管放大電路,1.自偏壓電路,UGS =- IDR,注意：該電路產(chǎn)生負的柵源電壓，所以只能用于需要負柵

9、源電壓的電路。,計算Q點：UGS 、 ID 、UDS,已知UP ，由,可解出Q點的UGS 、 ID,2.分壓式自偏壓電路,可解出Q點的UGS 、 ID,計算Q點：,已知UP ，由,該電路產(chǎn)生的柵源電壓可正可負，所以適用于所有的場效應管電路。,二. 場效應管的交流小信號模型,與雙極型晶體管一樣，場效應管也是一種非線性器件，在交流小信號情況下，也可以由它的線性等效電路交流小信號模型來代替。,其中：gmugs是壓控電流源，它體現(xiàn)了輸入電壓對輸出電流的控制作用。 稱為低頻跨導。 rds為輸出電阻，類似于雙極型晶體管的rce。,三. 場效應管放大電路,1.共源放大電路,分析： （1）畫出共源放大電路的交流小信號等效電路。,（2）求電壓放大倍數(shù),（3）求輸入電阻,（4）求輸出電阻,則,（2）電壓放大倍數(shù),（3）輸入電阻,得,分析：,（1）畫交流小信號等效電路。,由,2.共漏放大電路,（4）輸出電阻,所以,由圖有,本章小結,1FET分為JFET和MOSFET兩種，工作時只有一種載流子參與導電，因此稱為單極性型晶體管。FET是一種壓控