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1、机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增强型MOSFET 5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET 5.1.3 P沟道MOSFET5.1 金属-氧化物-半导体场效应 管5.1.5 MOSFET的主要参数5.1.4 沟道长度调制效应机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5 场效应管放大电路场效应管: Field Effect Transistor (缩写为:FET)三极管: Bipolor Junction Transistor (缩写为: BJT)场效应管三极管三端放大器件机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5 场效应管放大电路场效应管是一
2、种电压控制器件，它采用信号源 电压的电场效应来控制管子的输出电流，输入电流 几乎为零，因此具有高输入电阻的特点；同时场效 应管受温度的影响也比较小，因此场效应管已广泛 地应用于各种电子电路中。 三极管是利用基极电流来控制集电极电流的， 是电流控制器件。机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术FET 场效应管JFETMOSFET场效应管的分类：5 场效应管放大电路Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor金属-氧化物-半导体场效应管Junction Field Effect Transistor 结型场效应管耗尽型增强型 P沟道N沟道P
3、沟道N沟道机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5.1.1 N沟道增强型MOSFET1.结 构特点：输入电阻可达1010以上。S(source)为源极g(gate)为栅极d(drain)为漏极Base 衬底 1.结构机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5.1.1 N沟道增强型MOSFET2.工作原 理绝缘栅场效应管利用 vGS 来控制“感应电荷”的多少，改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，来控 制漏极电流 ID。机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5.1.1 N沟道增强型MOSFET2.工作原 理 (1) vGS = 0漏源之间相当于两个背靠背的 PN 结，无论漏
4、源之间加何种极性电压，总是不导电。sBd机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5.1.1 N沟道增强型MOSFET2.工作原 理(2) vGS 0 ,vDS =0机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术PN+SGN+iD=0D+产生垂直向下的电场(2) vGS 0 ,vDS =05.1.1 N沟道增强型MOSFET机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术PN+SGN+iD=0D+电场排斥空穴形成耗尽层（不 能移动的负离子 ）吸引电子(2) vGS 0 ,vDS =05.1.1 N沟道增强型MOSFET机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术PN+SGN+iD=0D+形成导电沟
5、道出现反型层(2) vGS 0 ,vDS =05.1.1 N沟道增强型MOSFET这种在vGS=0时，没有导电沟道，而必须依靠栅源电压 作用，才能形成导电沟道的FET，称为增强型FET.机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术PN+SGN+iD=0D+5.1.1 N沟道增强型MOSFETN沟道增强型MOS管，简称NMOSN沟道 (2) vGS 0 ,vDS =0这时如果vDS有电压，就有漏极电流iD产生，把在vGS 作用下，开始导电的栅源电压 vGS叫做开启电压VT.vGS越大，感应电子层越厚，导电沟道 越厚，等效沟道电阻越小，iD越大 机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术PN+S
6、GN+iD0D+(3) 当VGS VT ,vDS0时.5.1.1 N沟道增强型MOSFET(a) 漏极电流iD0 vDS增大，iD增大。电压差VGDVGS-VDS较低， VGS电压差较高，所以沟道的形状 呈楔形分布。 机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术PN+SGN+iD0D+vDS(c)沟道反型层呈 楔形3当vGS VT ,vDS0时.(b)不同点的电场强 度不同,左高右低(a) 漏极电流iD0 vDS增大，iD增大。(3) 当VGS VT ,vDS0时.5.1.1 N沟道增强型MOSFET机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术PN+SGN+iD0D+若 vDS升高vDS反型层
7、变窄沟道变窄(3) 当VGS VT ,vDS0时.5.1.1 N沟道增强型MOSFET机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术PN+SGN+iD0D+其中vGD =vGS-vDS=VT时uDS沟道在漏 极端夹断(b) 管子预夹断(a) iD达到最大值(3) 当VGS VT ,vDS0 5.1.1 N沟道增强型MOSFET机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术PN+SGN+iD0D+，vDS进一步增大(a) iD达 到最大值 且基本趋 于不变vDS沟道夹断区延长(b) 管子进入恒流区(3) 当VGS VT ,vDS0时 MOSFET原理机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术工作原
8、理小 结5.1.1 N沟道增强型MOSFET1. vGS VT ， vDS = 0由于吸引了足够多P型衬底的电子， 在栅极附近形成一个N型薄层 vGS升高，N沟道变宽。因为vDS= 0 ，所以 iD = 0。VT为开始形成反型层所需的 vGS，称开启电压。反型层 N 型导电沟道 这种在vGS=0时没有导电沟道，而必须依靠栅源电压的作 用，才能形成感生沟道的FET，称为增强型FET。机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5.1.1 N沟道增强型MOSFET2. vDS 对导电沟道的影响 (vGS VT)导电沟道呈现一个楔形。漏极形 成电流 iD ,vDS增大,iD增大。b. vDS= vG
9、S VT， vGD = VT靠近漏极沟道缩到刚刚临界 开启程度，出现预夹断。c. vDS vGS VT， vGD VTvGD=vGS-vDS工作原理小 结机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术工作原理小 结5.1.1 N沟道增强型MOSFETDP型衬底N+N+BGSVGSVDDP型衬底N+N+BGSDVGSVDDvDS 对导电沟道的影响(a) vGD VT(b) vGD = VT(c)vGD 0，产生较 大的漏极电流； vGS 0； vGS 正、负、零均可iD/mAvGS /VOVP (a)转移特性IDSSN 沟道耗尽型 MOS 管的符号SGDB(b)输出特性iD/mAvDS /VO+1
10、VVGS=0-3 V-1 V -2 V432151015205.1.2 N沟道耗尽型MOSFET2.V-I 特性曲线和大信号特性方程机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5.1.3 P型沟道MOSFETP沟道MOSFET的工作原理与N沟 道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已 。这如同双极型三极管有NPN型和 PNP型一样。机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术MOSFET符号增强型耗尽型GSDSGDP沟道GSDN沟道GSD5.1.4 沟道长度调制效应理想情况下当当 MOSFET MOSFET进入饱和状态后进入饱和状态后, , i iD D不变，与不变
11、，与v vDSDS无关。无关。实际情况下随随v vDSDS增大增大, , 沟道长度变化，导致沟道长度变化，导致i iD D会有所增加，输出特性会有所增加，输出特性 的每根曲线要向上倾斜，因此要做修正。的每根曲线要向上倾斜，因此要做修正。机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5.1.4 沟道长度调制效应对输出特性公式做修正：对输出特性公式做修正：理想情况下实际情况下机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5.1.5 MOSFET的主要参数1. 开启电压VT开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小 于开启电压时, 场效应管不能导通。2. 夹断电压VP 夹断电压是耗尽型FET的参数，当V
12、GS=VP(负值) 时,漏极电流为零。场效应管的直流参数机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术4. 输入电阻 RGS对于MOSFET, rgs约是1091015，看作断路。5.1.5 MOSFET的主要参数3. 饱和漏极电流IDSS耗尽型MOSFET, 当VGS=0时所对应的漏极电流。场效应管的直流参数机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5.1.5 MOSFET的主要参数场效应管的交流参数 1. 输出电阻rds 我们知道 :考虑到沟道长度 调制效应：机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术5.1.5 MOSFET的主要参数场效应管的交流参数 2. 低频互导gm gm低频互导反映了栅压对漏极电流的控制作用，单 位是mS(毫西门子)。它是转移特性曲线上工作点的斜率。因为：VT 2VTIDOvGS /ViD /mAO机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术3.最大漏极功耗PDM最大漏极功耗可由PDM= VDS ID决定，与双极型三 极管的PCM相当。5.1.5 MOSFET的主要参数场效应管的交流参数 机 电 工 程 学 院模 拟 电 子 技 术小结：常用的几个公式5.1.5 MOSFET的主要参数
