第五章 场效应管放大电路 备课笔记.doc

第五章：场效应管放大电路 8学时 基本要求：了解结型场效应管的基本结构和工作原理，金属氧化物半导体场效应管的基本结构和工作原理；掌握场效应管放大电路的静态分析和放大电路的小信号模型分析法。 重点：场效应管放大电路的静态分析和放大电路的小信号模型分析法。 难点：场效应管放大电路的小信号模型分析法。 教学过程 5 场效应管放大电路 5.1.1 N沟道增强型MOSFET 三极管: Bipolor Junction Transistor (缩写为: BJT) 场效应管: Field Effect Transistor (缩写为:FET) 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。在正常工作时，发射结正偏，当有电压信号输入时，一定要产生输入电流，导致三极管的输入电阻较小，一方面降低了管子获得输入信号的能力，而且在某些测量仪表中将导致较大的误差，这是我们所不希望的。 场效应管是一种电压控制器件，它只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和辐射的影响也比较小，又便于集成化，因此场效应管已广泛地应用于各种电子电路中，也成为当今集成电路发展的重要方向。 场效应管的分类： 1.结构 在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作漏极d和源极s。 然后在半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏-源极间的绝缘层上再装上一个铝电极,作为栅极g。 在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。 它的栅极与其它电极间是绝缘的。 它的栅极与其它电极间是绝缘的。 图 (a)、(b)分别是它的结构示意图和代表符号。代表符号中的箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。P沟道增强型MOS管的箭头方向与上述相反，如图 (c)所示。 2.N沟道增强型MOSFET工作原理 （1）vGS对iD及沟道的控制作用 ①vGS=0 的情况 从图(a)可以看出，增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。 当栅-源电压vGS=0时，即使加上漏-源电压vDS，而且不论vDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流iD≈0。 ②vGS0 的情况 若vGS＞0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。 电场方向：垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。 电场的作用：这个电场能排斥空穴而吸引电子。 排斥空穴：使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层。吸引电子：将 P型衬底中的电子（少子）被吸引到衬底表面。 导电沟道的形成： 当vGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如图(b)所示。 vGS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当vGS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏-源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层，如下图(c)所示。 vGS越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。 开始形成沟道时的栅—源极电压称为开启电压，用VT表示。 结论： 上面讨论的N沟道MOS管在vGS＜VT时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。只有当vGS≥VT时，才有沟道形成。这种必须在vGS≥VT时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。沟道形成以后，在漏-源极间加上正向电压vDS，就有漏极电流产生。 vDS对iD的影响 如图(a)所示，当vGSVT且为一确定值时，漏-源电压vDS对导电沟道及电流iD的影响与结型场效应管相似。 漏极电流iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚，而漏极一端电压最小，其值为VGD=vGS－vDS，因而这里沟道最薄。但当vDS较小（vDSvGS–VT）时，它对沟道的影响不大，这时只要vGS一定，沟道电阻几乎也是一定的，所以iD随vDS近似呈线性变化。 随着vDS的增大，靠近漏极的沟道越来越薄，当vDS增加到使VGD=vGS－vDS=VT(或vDS=vGS－VT)时，沟道在漏极一端出现预夹断，如上图(b)所示。再继续增大vDS，夹断点将向源极方向移动，如上图(c)所示。由于vDS的增加部分几乎全部降落在夹断区，故iD几乎不随vDS增大而增加，管子进入饱和区，iD几乎仅由vGS决定。 3. N沟道增强型MOS管的特性曲线、电流方程及参数 （1）特性曲线和电流方程 输