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1、,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,P沟道,耗尽型,P沟道,P沟道,（耗尽型）,场效应管的分类：,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,1.结构（N沟道）,L：沟道长度,W：沟道宽度,tox：绝缘层厚度,通常 W L,（动画2-3）,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,剖面图,1.结构（N沟道）,符号,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,2.工作原理,（1）vGS对沟道的控制作用,当vGS=0时,无导电沟
2、道，d、s间加电压时，也无电流产生。,当0vGS VT 时,产生电场，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。,当vGSVT 时,在电场作用下产生导电沟道，d、s间加电压后，将有电流产生。,vGS越大，导电沟道越厚,VT 称为开启电压,(动画2-4）,2.工作原理,（2）vDS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,当vGS一定（vGS VT）时，,vDS,iD,沟道电位梯度,整个沟道呈楔形分布,(动画2-5),当vGS一定（vGS VT）时，,vDS,iD,沟道电位梯度,当vDS增加到使vGD=VT 时，在紧靠漏极处出现预夹断。,2.工作原理,
3、（2）vDS对沟道的控制作用,在预夹断处：vGD=vGS-vDS=VT,预夹断后，vDS,夹断区延长,沟道电阻,iD基本不变,2.工作原理,（2）vDS对沟道的控制作用,2.工作原理,（3）vDS和vGS同时作用时,vDS一定，vGS变化时,给定一个vGS，就有一条不同的 iD vDS 曲线。,（4）正常放大时外加偏置电压的要求:,2.工作原理,3.V-I 特性曲线,（1）输出特性,截止区当vGSVT时，导电沟道尚未形成，iD0，为截止工作状态。,3.V-I 特性曲线,（1）输出特性,可变电阻区 vDS（vGSVT）,由于vDS较小，可近似为:,rdso是一个受vGS控制的可变电阻,3.V-I
4、 特性曲线,（1）输出特性,可变电阻区,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,其中,Kn为电导常数，单位：mA/V2,3.V-I 特性曲线,（1）输出特性,饱和区（恒流区又称放大区）,vGS VT，且vDS（vGSVT）,是vGS2VT时的iD,V-I 特性：,3.V-I 特性曲线,（2）转移特性,5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET,1.结构和工作原理简述（N沟道）,二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子,可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流,5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET,2.V-I 特性曲线,（N沟道增强型）,5.1.3 P沟道MOSF
5、ET,5.1.5 MOSFET的主要参数,一、直流参数,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（1091015）,二、交流参数,1.输出电阻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,对于N沟道增强型MOSFET：,5.1.5 MOSFET的主要参数,end,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,5.2 MOSFET放大电路,5.2.1 MOSFET放大电路,1.直流偏置及
6、静态工作点的计算,2.小信号模型分析,*5.2.2 带PMOS负载的NMOS放大电路,3.MOSFET 三种基本放大电路比较,5.2.1 MOSFET放大电路,1.直流偏置及静态工作点的计算,（1）简单的共源极放大电路（N沟道）,共源极放大电路,直流通路,5.2.1 MOSFET放大电路,1.直流偏置及静态工作点的计算,（1）简单的共源极放大电路（N沟道）,假设工作在饱和区，即,验证是否满足,如果不满足，则说明假设错误,须满足VGS VT，否则工作在截止区,再假设工作在可变电阻区,即,假设工作在饱和区(放大区）,满足,假设成立，结果即为所求。,解：,例：,设Rg1=60k，Rg2=40k，Rd
7、=15k，,试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源电压VDSQ。,VDD=5V，VT=1V，,5.2.1 MOSFET放大电路,1.直流偏置及静态工作点的计算,（2）带源极电阻的NMOS共源极放大电路(例5.2.2）,假设工作在饱和区(放大区）：,需要验证是否满足,5.2.1 MOSFET放大电路,1.直流偏置及静态工作点的计算,静态时，vI0，VG 0，ID I,电流源偏置,VS VG VGS,（饱和区）,VDS VD VS=VDDIDRD VS,（3）电流源作偏置的NMOS共源极放大电路,5.2.1 MOSFET放大电路,2.小信号模型分析,（1）模型,静态值（直流）,动态值（交流）,非线性
8、失真项,当，vgs 2(VGSQ-VT)时，,5.2.1 MOSFET放大电路,2.小信号模型分析,（1）模型,=0时,其他类型的MOSFET小信号模型，在电路形式上一样，参数计算式有所不同，如gm。,2.小信号模型分析,解：例5.2.2的直流分析已求得：,（2）放大电路分析（例5.2.5）,s,2.小信号模型分析,（2）放大电路分析（例5.2.5）,s,2.小信号模型分析,（2）放大电路分析（例5.2.6）,共漏,2.小信号模型分析,（2）放大电路分析,共漏,3.MOSFET 三种基本放大电路比较(p.221),共源极放大电路,共漏极放大电路(源极输出器）,共栅极放大电路,5.3 结型场效应
9、管,5.3.1 JFET的结构和工作原理,5.3.2 JFET的特性曲线及参数,5.3.3 JFET放大电路的小信号模型分析法,5.3.1 JFET的结构和工作原理,1.结构,#符号中的箭头方向表示什么？,(动画2-8）,2.工作原理,vGS对沟道的控制作用,当vGS0时,（以N沟道JFET为例）,当沟道夹断时，对应的栅源电压vGS称为夹断电压VP（或VGS(off)）。,对于N沟道的JFET，VP 0。,PN结反偏,耗尽层加厚,沟道变窄。,vGS继续减小，沟道继续变窄。,（动画2-9）,2.工作原理,（以N沟道JFET为例）,vDS对沟道的控制作用,当vGS=0时，,vDS,iD,g、d间P
10、N结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。,当vDS增加到使vGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。,此时vDS,夹断区延长,沟道电阻,iD基本不变,2.工作原理,（以N沟道JFET为例）,vGS和vDS同时作用时,当VP vGS0 时，导电沟道更容易夹断，,对于同样的vDS，iD的值比vGS=0时的值要小。,在预夹断处,vGD=vGS-vDS=VP,综上分析可知,JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制。,预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。,#为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？,JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，
11、因 此iG0，输入电阻很高。,5.3.2 JFET的特性曲线及参数,2.转移特性,1.输出特性,(VPvGS0),与耗尽型MOSFET类似,3.主要参数,5.3.2 JFET的特性曲线及参数,5.3.3 JFET放大电路的小信号模型分析法,1.JFET小信号模型,（1）低频（及中频）模型,2.动态指标分析,（1）中频小信号等效电路,2.动态指标分析,（2）中频电压增益,（3）输入电阻,（4）输出电阻,忽略 rds，,由输入输出回路得,则,end,5.5 各种放大电路性能比较,N沟道增强型,绝缘栅场效应管,P沟道增强型,1.各类场效应管的特性曲线比较,绝缘栅场效应管,1.各类场效应管的特性曲线比较,N沟道耗尽型,P沟道耗尽型,结型场效应管,1.各类场效应管的特性曲线比较,N沟道,P沟道,2.BJT与FET的比较,3.各种放大器件电路比较,详见教材P.240,
