5 场效应管放大电路,5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管,5.3 结型场效应管（JFET）,*5.4 砷化镓金属-半导体场效应管,5.5 各种放大器件电路性能比较,5.2 MOSFET放大电路,P沟道,耗尽型,P沟道,P沟道,（耗尽型）,场效应管的分类(field effect transistor),特点：,1. 单极性器件(一种载流子导电),3. 工艺简单、易集成、功耗小、 体积小、成本低,2. 输入电阻高 (107 1015 ，IGFET 可高达 1015 ),,5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,5.1.5 MOSFET的主要参数,5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET,5.1.3 P沟道MOSFET,5.1.4 沟道长度调制效应,(Mental Oxide Semi— FET),1. 结构与符号,,P 型衬底,(掺杂浓度低),用扩散的方法 制作两个 N 区,,在硅片表面生一层薄 SiO2 绝缘层,用金属铝引出 源极 S 和漏极 D,在绝缘层上喷金属铝引出栅极 G,S — 源极 Source,G — 栅极 Gate,D — 漏极 Drain,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,P型沟道 绝缘栅场效应管,N+型漏区和N+型源区之间被P型衬底隔开，是两个背靠背的PN结。
当栅源电压UGS = 0 时，不管漏极和源极之间所加电压的极性如何，其中总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零2. 工作原理,（1）UGS对沟道的控制作用,a.当UGS≤0时,,N型导电沟道,b.当0UGS VT 时,产生电场，P型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；但未形成导电沟道（感生沟道），d、s间加电压后，没有电流产生N型导电沟道,当UGS VT后， 形成导电沟道，在一定的电压UDS，有ID产生，ID的大小与栅源电压UGS有关 所以，场效应管是一种电压控制电流的器件在一定的漏–源电压UDS下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压VT c.当UGS VT 时,（2）UDS对沟道的控制作用,靠近漏极d处的电位升高,电场强度减小,沟道变薄整个沟道呈楔形分布,当UGS一定（UGS VT ）时，,①UDS,ID,沟道电位梯度,②当UDS增加到使UGD=VT 时，在紧靠漏极处出现预夹断在预夹断处：UGD=UGS-UDS =VT,③预夹断后，UDS,夹断区延长,沟道电阻,ID基本不变,预夹断发生之前： UDS iD。
预夹断发生之后：UDS iD 不变3） UDS和UGS同时作用时,UDS一定，UGS变化时,给定一个UGS ，就有一条不同的 iD – uDS 曲线●iD是uGS, uDS的函数； ●在输出特性曲线上用曲线束表示3. V-I 特性曲线及大信号特性方程,,（1）输出特性及大信号特性方程,① 截止区 当uGS＜VT时，导电沟道尚未形成，iD＝0，为截止工作状态② 可变电阻区 uGD ≥ VT,由于uDS较小，可近似为,rdso是一个受uGS控制的可变电阻,,,其中,n ：反型层中电子迁移率 Cox ：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容,本征电导因子,Kn为电导常数，单位：mA/V2,③ 饱和区 （恒流区又称放大区）,uGD ≤ VT,,,V-I 特性：,,（2）转移特性,,如果MOS管在制造时导电沟道就已形成，称为耗尽型场效应管符号：,,SiO2绝缘层中 掺有正离子,预埋了N型 导电沟道,5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET,① 由于耗尽型场效应管预埋了导电沟道，所以在UGS= 0时，若漏–源之间加上一定的电压UDS，也会有漏极电流 ID 产生这时的漏极电流用 IDSS表示，称为饱和漏极电流。
IDSS,②当UGS 0时，使导电沟道变宽， ID 增大； ③当UGS 0时，使导电沟道变窄， ID 减小； UGS负值愈高，沟道愈窄， ID就愈小④ 当UGS达到一定负值时，N型导电沟道消失， ID= 0，称为场效应管处于夹断状态（即截止）这时的UGS称为夹断电压，用UGS(off）表示夹断电压,UGS(off),IDSS,P 沟道耗尽型管,预埋了P型 导电沟道,SiO2绝缘层中 掺有负离子,耗尽型,,G、S之间加一定 电压才形成导电沟道,在制造时就具有 原始导电沟道,场效应管与晶体管的比较,,类 型 NPN和PNP N沟道和P沟道,放大参数,,,5.1.5 MOSFET的主要参数,,一、直流参数,NMOS增强型,1. 开启电压VT （增强型参数）,2. 夹断电压VP （耗尽型参数）,3. 饱和漏电流IDSS （耗尽型参数）,4. 直流输入电阻RGS （109Ω～1015Ω ）,二、交流参数,1. 输出电阻rds,当不考虑沟道调制效应时，＝0，rds→∞,5.1.5 MOSFET的主要参数,,2. 低频互导gm,二、交流参数,考虑到,则,,(其中,（增强型）,5.1.5 MOSFET的主要参数,,三、极限参数,1. 最大漏极电流IDM,2. 最大耗散功率PDM,3. 最大漏源电压V（BR）DS,4. 最大栅源电压V（BR）GS,。