模电20(场效应管FET).ppt

5 场效应管放大电路(另一类三端放大器件) 5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管 * * 交、直流放大电路 信号运算电路 信号处理与产生电路 直流稳压电源 模拟电路的主要内容 Ch. 4、5、6、7、8 Ch. 2 Ch. 9 Ch. 10 （分类依据：电路功能，输入信号与输出信号之间的关系） 基础知识 Ch. 1、3 交、直流放大电路 分立元件 集成器件 场效应管FET 双极结型三极管BJT Ch.6 Ch.4 集成运算放大电路 Ch.5 功率放大电路 其它专门电路 Ch.8 放大电路中的反馈 Ch.7 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 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 特点： 体积小，重量轻，耗电省，寿命长；输入阻抗高，噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，制造工艺简单。尤其MOS管在大规模和超大规模集成电路中占有重要地位。 P沟道 耗尽型 P沟道 P沟道 N沟道 增强型 N沟道 N沟道 （耗尽型） FET 场效应管 JFET 结型 MOSFET 绝缘栅型 (IGFET) 耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在 增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道 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 5.1.1 N沟道增强型MOSFET 剖面图 1. 结构（N沟道） 符号 箭头方向：由P指向N 虚线：增强型 2. 工作原理 （1）vGS对沟道的控制作用 vGS≤0： 无导电沟道， d、s间加电压时，也无电流产生。 0vGS VT ： 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。 vGS≥VT ： 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 （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 2. 工作原理 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。 在预夹断处：vGD=vGS-vDS =VT 2. 工作原理 （2）vDS对沟道的控制作用 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 vDS一定，vGS变化时 给定一个vGS ，就有一条不同的 iD – vDS 曲线。 2. 工作原理 （2）vDS对沟道的控制作用 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vGS＜VT时，导电沟道尚未形成，iD＝0，为截止工作状态。 符号 ② 可变电阻区 vGS VT ， vDS≤（vGS－VT） 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 由于vDS较小，可近似为 ② 可变电阻区 vGS VT ， vDS≤（vGS－VT） 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 ?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 ② 可变电阻区 vGS VT ， vDS≤（vGS－VT） 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 rdso是一个受vGS控制的可变电阻 ③ 饱和区 （恒流区又称放大区） vGS VT ，且vDS≥（vGS－VT） 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 是vGS＝2VT时的iD 恒流约等于预夹断点处iD ： （2）转移特性 3. V-I 特性曲线及大信号特性方程 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 特性曲线及大信号特性方程 （N沟道增强型） 夹断电压VP 5.1.3 P沟道MOSFET