场效应晶体管知识回顾

1、场效应晶体管知识回顾场效应晶体管知识回顾v 场效应晶体管（简称场效应管），是半导体材料制场效应晶体管（简称场效应管），是半导体材料制成的电子器件。成的电子器件。v沟道：导电的途径；沟道：导电的途径；v基本工作原理：通过外加电场对导电沟道的几何形基本工作原理：通过外加电场对导电沟道的几何形状进行控制，改变沟道电阻的大小；状进行控制，改变沟道电阻的大小；v分类：结型场效应管、绝缘栅场效应管和金属场效分类：结型场效应管、绝缘栅场效应管和金属场效应管；应管；v 场效应管是单级型晶体管，管中只有一种载流子运场效应管是单级型晶体管，管中只有一种载流子运动；动；电极：电极：B E CG S D控制：控制：电

2、路形式：电路形式：CE、CB、CC、差放、电流源、组合、差放、电流源、组合 CS、CG、CD、差放、电流源、组合、差放、电流源、组合 CBiiDGSiv分析方法：分析方法：相同相同 FET FET与与BJTBJT对应关系对应关系 FET FET的特殊性的特殊性 缺点缺点: (1) 跨导跨导gm低，增益低低，增益低; (2) 极间电容大，速度频率受限；极间电容大，速度频率受限； (3) 失调电压高；失调电压高； (4) 低频噪声大（热噪声，低频噪声大（热噪声，1/f噪声）噪声）N、P沟，耗尽型、增强型沟，耗尽型、增强型特性曲线中偏压极性不同特性曲线中偏压极性不同 ， 认为认为G极开路极开路0 G

3、i 优点优点: (1) 芯片面积小；芯片面积小； (2) 功耗低功耗低; (3) 易于集成；易于集成； (4) 温度特性好；温度特性好；MOSIC在数字在数字IC中应用最多！中应用最多！其次：中、大规模的模拟电路；其次：中、大规模的模拟电路；数模混合电路。数模混合电路。 衬底调制效应衬底调制效应 MOSFET MOSFET，是由，是由金属（金属（M M），氧化物（氧化物（O O），半导体（半导体（S S）构成场效应管（构成场效应管（FETFET），故命名为：），故命名为：MOSFETMOSFET。 MOSFETMOSFET按照导电沟道的载流子类型可分为按照导电沟道的载流子类型可分为N N（电子

4、型）（电子型）沟道沟道MOSFETMOSFET（简称（简称NMOSNMOS管）和管）和P P（空穴型）沟道（空穴型）沟道MOSFETMOSFET（简称（简称PMOSPMOS管）；按照导电沟道形成机理，管）；按照导电沟道形成机理，NMOSNMOS管和管和PMOSPMOS管有各有管有各有增强型（简称增强型（简称E E型）型）和和耗尽型（简称耗尽型（简称D D型）型）两种。两种。 因此，就有四种类型的因此，就有四种类型的MOSFETMOSFET，分别叫做：，分别叫做： E型型NMOS管管 D型型NMOS管管 E型型PMOS管管 D型型PMOS管管四种类型的四种类型的MOSFETE型型NMOS管的输出

5、特性曲线：管的输出特性曲线：I区可变电阻区区可变电阻区II区恒流区（放大区）区恒流区（放大区）III区截止区区截止区IV区击穿区区击穿区保持保持vGS为不同为不同固定值时得到固定值时得到iD随随vDS变化的变化的一族曲线一族曲线MOSFET的大信号特性方程的大信号特性方程E型型NMOSFET1. 可变电阻区可变电阻区条件：条件：vGSVGS(th), vDS(vGS-VGS(th)电流方程：电流方程：21)(2)(DSDSthGSGSnDvvVvi式中：式中：n是管子的增益系数，单位为是管子的增益系数，单位为mA/V2LWCoxnn式中：式中：n是是NMOS管沟道中电子的迁移率；管沟道中电子的

6、迁移率；Cox是是氧化层单位面积电容量；氧化层单位面积电容量；W/L 是沟道宽度与长度之比是沟道宽度与长度之比（式（式1.4.4）vDS很小时（例如很小时（例如vDSVGS(th), vDS=(vGS-VGS(th)以以vDS=(vGS-VGS(th)代入式代入式 1.4.4 后，得：后，得：2)()(21thGSGSnDVvi可见可见iD和和vGS成成平方率平方率关系。关系。（式（式 1.4.7）参见参见 P41 图图 1.4.133. 恒流区恒流区条件：条件：vGSVGS(th), vDS(vGS-VGS(th)iD随随vDS增加而稍有斜升，式增加而稍有斜升，式 1.4.7 可改写成：可改

7、写成：)1 ()(212)(DSthGSGSnDvVvi（式（式 1.4.8）式中：式中：是沟道调制系数，典型值为是沟道调制系数，典型值为 0.01V-1参见参见 P41 图图 1.4.13MOSFET的小信号交流等效模型：的小信号交流等效模型：G+_Vgs.CgsCgdgmVgsrdsCbsB.gmbVbs.Cbd+_Vbs.CgbD.G+_Vgs.Cgs+CgbCgdgmVgs.rdsCds= CbdD.0Vbs 高频高频中低频中低频主要镜像电流源知识回顾主要镜像电流源知识回顾2.2.2.1 基本镜像电流源基本镜像电流源因：因：VBE1=VBE2有：有：IC1=IC2又：又：IR=IC12

8、IB得：得：IC2=IR/(1+2/）可见在可见在1时：时： IC2IRIC2与与IR是镜像关系，故是镜像关系，故称为称为镜像电流源镜像电流源。2.2.2.2 精密镜像电流源精密镜像电流源)221 (21222RRCIII镜像电流精度提高了约镜像电流精度提高了约倍，倍，但输出电阻但输出电阻ro的值没有提高。的值没有提高。缺点：缺点：1. 输出电阻不够高输出电阻不够高 2. T1,T2的工作状态的工作状态 不对称（不对称（VCE不同）不同）2.2.2.3 高输出阻抗串接镜像电流源高输出阻抗串接镜像电流源特点：输出电阻特点：输出电阻ro非常高非常高原因：原因：T4的输出电阻对的输出电阻对T2 有很

9、强烈的电流负有很强烈的电流负 反馈作用。反馈作用。2221ceorr输出电阻：输出电阻：求输出电阻求输出电阻ro的等效电路：的等效电路：2.2.2.4 闭环负反馈镜像电流源威尔逊电流源闭环负反馈镜像电流源威尔逊电流源222(1)22CRII2221ceorr特点：电流镜像误差很小；特点：电流镜像误差很小； 输出电阻很大。输出电阻很大。2.2.3 对电源电压变化不敏感的偏置电流源对电源电压变化不敏感的偏置电流源2.2.3.1 比例电流源比例电流源RCIRRI212特点：特点：IC2和和IR成比例成比例 关系，比例系数关系，比例系数 由由R1/R2控制控制2.2.3.1 微电流源微电流源222lnCRTCIIRVI)ln1/(222CRRRCCIIIdIIdI特点：特点：IC2很小很小; IC2对电源电压变化对电源电压变化 不敏感。不敏感。第第 6 章章 MOS模拟集成电路基础模拟集成电路基础主要内容：主要内容：MOSMOS模拟集成基本单元电路；模拟集