电子线路谢嘉奎第3章场效应管

1、 场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件。它件。它比比BJTBJT体积小、工艺简单，器件特性便于控制，体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。 场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。三极管三极管不高，在许多场合不能满足要求。不高，在许多场合不能满足要求。 场效应管是单极型器件（三极管是双极型器件）。场效应管是单极型器件（三极管是双极型器件）。FETFET靠半导体中的靠半导体中的，又称单极型晶体管，又称单极型晶体管。三极管是三极管是两种

2、两种 FETFET优点：优点：输入电阻大（输入电阻大（10107 710101212）、）、噪音低、热稳定性好、抗辐射能力强、噪音低、热稳定性好、抗辐射能力强、体积小、体积小、工艺简单，便于集成，因此应用广泛。工艺简单，便于集成，因此应用广泛。主要用于高输入阻抗放大器的输入级。主要用于高输入阻抗放大器的输入级。 场效应管场效应管：压控：压控电流源器件（电流源器件（ID=gmVGS）。）。三极管：流控三极管：流控电流源器件（电流源器件（IC= IB ）。FETFET利用输入回路的利用输入回路的压压（来控制输出回来控制输出回路电流的器件，故此命名。路电流的器件，故此命名。P沟道（沟道（P-EMOS

3、） N沟道（沟道（N-EMOS） P沟道（沟道（P-DMOS） N沟道（沟道（N-DMOS） 增强型（增强型（E） 耗尽型（耗尽型（D） N- -MOS管与管与P- -MOS管工作原理相似，不同之管工作原理相似，不同之处仅在于处仅在于它们形成电流的载流子性质不同，因此，它们形成电流的载流子性质不同，因此，导致加在各极上的电压极性相反导致加在各极上的电压极性相反。 JFET结型结型N沟道沟道P沟道沟道N-JFETP-JFET金属氧化物场效应管金属氧化物场效应管（IGFET绝缘栅型）绝缘栅型）N+N+P+P+PUSGDN N沟道沟道q N-EMOS FET结构示意图结构示意图源极源极漏极漏极衬底极

4、衬底极 SiO2绝缘层绝缘层金属栅极金属栅极P P型硅型硅 衬底衬底SGUD电路符号电路符号l沟道长度沟道长度W沟道沟道宽度宽度MOSMOS管管外部工作条件外部工作条件: :两个两个PNPN结反偏。结反偏。N-EMOSN-EMOS管为：管为： VDS 0 ( (保证栅漏保证栅漏PN结反偏结反偏) )。 U接电路最低电位或与接电路最低电位或与S极相连极相连( (保证源衬保证源衬PN结反偏结反偏) )。 VGS 0 ( (形成导电沟道形成导电沟道) )。1 1、由金属、氧化物和半导体制成。称为、由金属、氧化物和半导体制成。称为金属金属- -氧化物氧化物- -半半导体场效应管导体场效应管(M-O-S

5、)(M-O-S)。2、栅极有、栅极有SiO2绝缘层绝缘层，或简称，或简称 I-G-FET场效应管。场效应管。 3.1.1 N3.1.1 N沟道增强型（沟道增强型（EMOSEMOS）管）管 MOS管衬底一般与源极相连使用；管衬底一般与源极相连使用； 栅极和衬底间形成电容。栅极和衬底间形成电容。一一. 工作原理工作原理 1、沟道形成原理。沟道形成原理。(1)(1)设设VDS =0，当当VGS=0时，时，iD=0。图图(a)(a) 3.1 3.1 绝缘栅型场效应管（绝缘栅型场效应管（MOSMOS管）管）栅栅 衬之间衬之间相当于以相当于以SiO2为介质的平板电容器。为介质的平板电容器。 (2)当当VG

6、S0时，时，VGS对对沟道沟道导电能力的控制作导电能力的控制作用。用。图图(b)(b) 若若VGS0（正栅源电压）（正栅源电压）耗尽层，耗尽层，如图如图(b)所示。所示。 VGS反型层加厚反型层加厚沟道电阻变小。沟道电阻变小。 当当VGS耗尽层加宽耗尽层加宽反型层反型层N型型导电沟道，导电沟道，如如图图(C)所示。所示。反型层反型层VGS越大，反型层中越大，反型层中n 越多，导电能力越强。越多，导电能力越强。2、当、当VGSVGS(th)且一定时，且一定时，VDS对对沟道导电能力沟道导电能力i iD D的的影响。影响。图图(d)(d) V VDSGSGDVVV （假设（假设V VGSGS V

7、VGS(thGS(th) ) 且保持不变）且保持不变）讲讲P104 VDG VGS(th) V DS VGS(th) V DS VGSVGS(th) 考虑沟道长度调制效应考虑沟道长度调制效应(CLME)(CLME)，输出特性曲线随，输出特性曲线随VDS的增加略有上翘。的增加略有上翘。注意：饱和区（又称有源区）对应三极管放大区。注意：饱和区（又称有源区）对应三极管放大区。数学模型：数学模型：工作在饱和区时，工作在饱和区时，MOSMOS管的正向受控作管的正向受控作用，服从平方律关系式：用，服从平方律关系式：若考虑若考虑CLME，则，则ID的修正方程：的修正方程： 2GS(th)GSOXnD)(2V

8、VlWCIADS2GS(th)GSOXnD1)(2VVVVlWCIDS2GS(th)GSOXn1)(2VVVlWC其中：其中： 称称沟道长度调制系数，其值与沟道长度调制系数，其值与l 有关。有关。通常通常 =( 0.005 0.03 )V- -1（3-1-7）（3-1-8）2GS(th)GSDSSD1VVIi饱和漏极电流饱和漏极电流q 3 3、截止区、截止区特点：特点：相当于相当于MOS管三个电极断开。管三个电极断开。 ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =5V3.5V4V4.5V沟道未形成时的工作区沟道未形成时的工作区条件：条件： VGS VGS(th) ID=

9、0=0以下的工作区域。以下的工作区域。IG0，ID0q 4 4、击穿区击穿区 VDS增大增大到一定值时到一定值时漏衬漏衬PN结雪崩击穿结雪崩击穿 ID剧增。剧增。 VDS沟道沟道 l 对于对于l 较小的较小的MOS管管穿通击穿。穿通击穿。V VDSDS过大时过大时 MOSMOS管管C COXOX很小，当带电物体（很小，当带电物体（烙铁烙铁或人或人）靠近）靠近金属栅极时金属栅极时Q Q大大，感生电荷在，感生电荷在SiOSiO2 2绝缘层中将产生很绝缘层中将产生很大的电压大的电压V VGSGS(=Q/(=Q/C COXOX) )，使，使绝缘层绝缘层击穿，造成击穿，造成MOSMOS管永管永久性损坏久

10、性损坏。MOS管保护措施：管保护措施：分立的分立的MOS管：管：各极引线短接、烙铁外壳接地。各极引线短接、烙铁外壳接地。MOS集成电路：集成电路：TD2D1D1 与与D2：(1)限制限制VGS间间最大电压。最大电压。（2）对感）对感 生电荷起旁生电荷起旁路作用。路作用。 NEMOS管转移特性曲线管转移特性曲线VGS(th) = 3VVDS = 5V 转移特性曲线反映转移特性曲线反映VDS为常数时，为常数时，VGS对对ID的控的控制作用制作用, ,可由输出特性转换得到。可由输出特性转换得到。 ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =5V3.5V4V4.5VVDS =

11、5VID/mAVGS /V012345 转移特性曲线中转移特性曲线中, ,ID = =0 时对应的时对应的VGS值值, ,即开启即开启电压电压VGS（th） 。q三、三、衬底效应衬底效应 集成电路中，许多集成电路中，许多MOS管做在同一衬底上，为保证管做在同一衬底上，为保证U与与S、D之间之间PN结反偏，衬底应接电路最低电位（结反偏，衬底应接电路最低电位（N沟道）或最高电位（沟道）或最高电位（P沟道）。沟道）。 若若| VUS | - - +VUS耗尽层中负离子数耗尽层中负离子数 因因VGS不变（不变（G极正电荷量不变）极正电荷量不变）ID VUS = 0ID/mAVGS /VO- -2V-

12、-4V根据衬底电压对根据衬底电压对ID的控制作用，又的控制作用，又称称U极为极为背栅极。背栅极。PP+N+N+SGDUVDSVGS- - +- - +阻挡层宽度阻挡层宽度 表面层中表面层中电子电子数数 q 四、四、P沟道沟道EMOS管管+ -+ - VGSVDS+ - + - NN+P+SGDUP+N-EMOS管与管与P-EMOS管管工作原理相似。工作原理相似。即即 VDS 0 、VGS 0，VGS 正、负、零均可。正、负、零均可。外部工作条件：外部工作条件：DMOS管在饱和区与非饱和区的管在饱和区与非饱和区的ID表达式表达式与与EMOS管管相同相同。DMOS-P与与N差别仅在电压极性与电流方

13、向相反。差别仅在电压极性与电流方向相反。转移特性转移特性q 电路符号及电流流向电路符号及电流流向SGUDIDSGUDIDUSGDIDSGUDIDN-EMOSN-DMOSP-DMOSP-EMOSq 转移特性转移特性IDVGS0VGS(th)IDVGS0VGS(th)IDVGS0VGS(th)IDVGS0VGS(th)3.1.3 六种场效应管的符号及特性如图所示。六种场效应管的符号及特性如图所示。P113qN-EMOSN-EMOS管简化小信号电路模型管简化小信号电路模型( (与三极管对照与三极管对照) ) gmvgsrdsgdsicvgs- -vds+- -（2）rds为为场效应管场效应管输出电阻

14、：输出电阻：（1）由于）由于场场效应管效应管G G、S S之间开路，之间开路，I IG G 0 0，所以输入电阻，所以输入电阻r rgsgs 。而而三极管发三极管发射结正偏，射结正偏，故输入电阻故输入电阻r rb b e e较小。较小。)/(1CQceIr与三极管与三极管输出电阻表达式输出电阻表达式 相似。相似。)/(1DQdsIrrb ercebceibic+- - -+vbevcegmvb e 将场效应管视为二端口网络将场效应管视为二端口网络 栅、源之间只有电压栅、源之间只有电压VGS，而无电流，而无电流取全微分得：取全微分得：DSDSDGSGSDDdVdVdGSDSVVViViiGSVD

15、SVDSi（3-1-9）DSDSDGSGSDDdvdvdGSDSvvvivii令令mGSDgDSVvidsDSD1GSrviV， 若信号较小，则若信号较小，则gm和和rds近似为常数近似为常数于是，有于是，有dsdsgsmd1vrvgI （3-1-10） 跨导跨导gm由由VGS=VGSQ时的转移特性曲线上时的转移特性曲线上Q点处切线斜率决定，点处切线斜率决定，如图所示如图所示Qgmrds为为VGS=VGSQ时输出特性曲线上时输出特性曲线上Q点处切线斜率的倒数点处切线斜率的倒数Q理想时理想时,场效应管简化等效模型场效应管简化等效模型 MOS管管跨导跨导QGSDmvig2GS(th)GSOXD)(

16、2VVlWCI利用利用DQOXQGSDm22IlWCvig得得三极管三极管跨导跨导CQeQEBC5 .38 Irvigm 通常通常MOS管的跨导比管的跨导比三极管的三极管的跨导要小一个跨导要小一个数量级以上，即数量级以上，即MOS管放大能力比三极管弱。管放大能力比三极管弱。（3-1-13）（3-1-7）（2-5-4）DQDSSGS(th)m2IIVgq 计及衬底效应的计及衬底效应的MOS管简化电路模型管简化电路模型 考虑到衬底电压考虑到衬底电压vus对漏极电流对漏极电流id的控制作用，小信的控制作用，小信号等效电路中需增加一个压控电流源号等效电路中需增加一个压控电流源gmuvus。gmvgsr

17、dsgdsidvgs- -vds+- -gmuvusgmu称背栅（称背栅（衬底衬底）跨导：）跨导：mQusDmugvig工程上，工程上， 为常为常数，数，一般一般 = 0.1 0.2（3-1-16）q MOS管高频小信号电路模型管高频小信号电路模型 当高频应用、需计及管子极间电容影响时，应当高频应用、需计及管子极间电容影响时，应采用如下高频等效电路模型。采用如下高频等效电路模型。gmvgsrdsgdsidvgs- -vds+- -CdsCgdCgs栅源极间栅源极间平板电容平板电容漏源极间电容漏源极间电容（漏衬与（漏衬与源衬之间的势垒电容）源衬之间的势垒电容）栅漏极间栅漏极间平板电容平板电容 场

18、效应管电路分析方法与三极管的相似，可采场效应管电路分析方法与三极管的相似，可采用用估算法（公式）估算法（公式）分析电路直流工作点；采用分析电路直流工作点；采用小信小信号等效电路法号等效电路法分析电路动态指标。分析电路动态指标。图解法图解法少用。少用。P116 场效应管估算法分析思路与三极管相同，场效应管估算法分析思路与三极管相同，但但两种两种管工作原理不同，故外部工作条件明显不同。管工作原理不同，故外部工作条件明显不同。q一、估算法一、估算法1 1、MOS管管截止模式判断方法截止模式判断方法假定假定MOS管工作在放大模式：管工作在放大模式：放大模式放大模式非饱和模式非饱和模式（需重新计算需重新

19、计算Q Q点点）N沟道管沟道管：VGS VGS(th)截止条件截止条件2 2、MOS管管非饱和与饱和（放大）模式判断方法非饱和与饱和（放大）模式判断方法a)a)由直流通路写出管外电路由直流通路写出管外电路VGS与与ID之间关系式。之间关系式。c)c)联立解上述方程，选出合理的一组解。联立解上述方程，选出合理的一组解。d)d)判断电路工作模式：判断电路工作模式：若若|VDS| |VGSVGS(th)| 若若|VDS| 0， P沟道沟道：VDS |VGS(th) |，|VDS | | VGS VGS(th) |VGS| |VGS(th) | ，q 饱和区（放大区）工作条件饱和区（放大区）工作条件|

20、VDS | |VGS(th) |，q 非饱和区（可变电阻区）数学模型非饱和区（可变电阻区）数学模型DSGS(th)GSOXnD)(VVVlWCI（3-1-5）MOS管管q N-EMOS N-EMOS直流简化电路模型直流简化电路模型( (与三极管相对照与三极管相对照) ) （1）场效应管）场效应管G、S之间开路之间开路 ，IG 0。三极管发射结由于正偏而导通，等效三极管发射结由于正偏而导通，等效为为VBE(on) 。（2）FET输出端等效为输出端等效为压控压控电流源，满足平方律方程：电流源，满足平方律方程： 三极管输出端等效为三极管输出端等效为流控流控电流源，满足电流源，满足IC= IB 。2G

21、S(th)GSOXD)(2VVlWCISGDIDVGSSDGIDIG 0ID(VGS )+- -VBE(on)ECBICIBIB +- -（3-1-7）例例1 已知已知 nCOXW/(2l)=0.25mA/V2，VGS(th)= 2V, 求求ID解：解：假设假设T工作在放大模式（工作在放大模式（? ?区区） VDD(+20V)1.2M 4k TSRG1RG2RDRS0.8M 10k GIDSDG2G1DDG2SGGSRIRRVRVVV2GS(th)GSOXD)(2VVlWCI带入已知条件解上述方程组得：带入已知条件解上述方程组得： ID= 1mAVGS= 4V及ID= 2.25mAVGS= -

22、1V（舍去）（舍去）VDS= VDD-ID （RD + RS）= 6V因此因此 验证得知：验证得知： VDS VGSVGS(th) ，VGS VGS(th)，假设成立。假设成立。（3-1-7）例例2：（：（3-1-7）q3.1.5 3.1.5 分析方法：分析方法：P116P116q二、小信号等效电路法二、小信号等效电路法FET小信号等效电路分析法与三极管相似。小信号等效电路分析法与三极管相似。 利用微变等效电路分析交流指标。利用微变等效电路分析交流指标。 画交流通路。画交流通路。 将将FETFET用小信号电路模型代替。用小信号电路模型代替。 计算微变参数计算微变参数gm、rds注：具体分析将在

23、注：具体分析将在第四章中第四章中详细介绍。详细介绍。 3.2 3.2 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET）N沟道管沟道管P沟道管沟道管实际结构及符号如下图所实际结构及符号如下图所示。示。 P-JFET P-JFET除偏置电压极性、载流子类型与除偏置电压极性、载流子类型与N-JFETN-JFET不同不同外，其工作原理完全相同，因此，只讨论外，其工作原理完全相同，因此，只讨论N-JFETN-JFET。类型类型MOSFETMOSFET利用利用V VGSGS大小，来改变半导体表面感生电荷的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流大小。多少，从而控制漏极电流大小。 JFETJFE

24、T利用利用PNPN结反结反向电压来向电压来控制控制耗尽层厚度，改变导耗尽层厚度，改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流大小。电沟道的宽窄，从而控制漏极电流大小。 3.2 N-JFET结构和工作原理结构和工作原理1. 结构结构 N型导电沟道型导电沟道漏极漏极D(d)沟道电阻沟道电阻 长度、长度、宽度宽度、掺杂、掺杂P+P+反偏的反偏的PN结结 反偏电压反偏电压控制耗尽层控制耗尽层结构特点结构特点:空间电荷区空间电荷区(耗尽层耗尽层)栅极栅极G(g)源极源极S(s)N型型q N沟道沟道JFET管管外部工作条件外部工作条件 VDS 0 ( (保证栅漏保证栅漏PN结反偏结反偏) )VGS 0 ( (保证

25、栅保证栅源源PN结反偏结反偏) )P+P+NGSD- + + VGSVDS+ + - -q VGS对沟道宽度的影响：对沟道宽度的影响：|VGS | 阻挡层宽度阻挡层宽度 若若|VGS | 继续继续 沟道全夹断沟道全夹断使使VGS =VGS (off)夹断电压夹断电压若若VDS=0NGSD- + + VGSP+P+N型沟道宽度型沟道宽度 沟道电阻沟道电阻Ron g d s P+ N P+ 耗耗尽尽层层 g d s P+ N P+ g d s P+ N P+ VGS对沟道的控制作用（对沟道的控制作用（ VGS=0 VGS0 (反偏反偏)耗尽层加耗尽层加宽宽厚厚|VGS | 增加增加沟道变窄沟道变窄

26、沟道电阻增大沟道电阻增大全夹断（夹断电压）全夹断（夹断电压） |uGS|VP沟道电阻为沟道电阻为 VDS很小时很小时 VGD VGS由图由图 VGD = VGS - - VDS因此因此 VDS ID线性线性 若若VDS 则则VGD 近漏端沟道近漏端沟道 Ron增大增大。此时此时, ,Ron ID 变慢。变慢。q VDS对沟道的控制对沟道的控制（假设（假设VGS 一定一定）NGSD- + + VGSP+P+VDS+- -此时此时W近似不变，近似不变，即即Ron不变。不变。DSGSGDVVV讲讲P119 当当VDS增加到增加到使使VGD 并并=VGS(off)时，时， A点出现点出现预夹断。预夹断

27、。 若若VDS 继续继续 A点下移点下移出现夹断区。出现夹断区。此时此时 VAS =VAG +VGS =- -VGS(off) +VGS （恒定）（恒定）若忽略若忽略CLMECLME，则近似认为，则近似认为l l 不变（即不变（即R Ronon不变）。不变）。NGSD- + + VGSP+P+VDS+- -ANGSD- + + VGSP+P+VDS+- -A VDGVGS VGS(off) V DS VGS VGS(off)V DS VGSVGS(off) 在饱和区，在饱和区，JFET的的ID与与VGS之间也满足平方律关系，但由之间也满足平方律关系，但由于于JFET与与MOS管结构不同，故管结

28、构不同，故方程不同。方程不同。（3-2-3）q三、截止区三、截止区特点：特点：沟道全夹断的工作区。沟道全夹断的工作区。条件：条件： VGS VGS(off) IG0，ID=0q四、四、击穿区击穿区VDS 增大增大到一定值时到一定值时 近近漏极漏极PN结雪崩击穿。结雪崩击穿。ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(off)VGS =0V- -2V- -1. 5V- -1V- -0. 5V 造成造成 ID剧增。剧增。VGS 越负越负 则则VGD 越负越负 相应相应击穿电压击穿电压V(BR)DS越小越小击穿电压击穿电压V(BR)DS： V(BR)DSVGS- V(BR)GD JFET J

29、FET转移特性曲线转移特性曲线 同同MOS管一样，管一样，JFET的转移特性也可由输出的转移特性也可由输出特性转换得到特性转换得到( (略略) )。 ID = =0 时对应的时对应的VGS值值 夹断电压夹断电压VGS（off） 。VGS(off)ID/mAVGS /V0IDSS ( (N- -JFET) )ID/mAVGS /V0IDSSVGS(off) ( (P- -JFET ) )VGS= =0 时对应的时对应的ID 值值 饱和漏电流饱和漏电流IDSS。 1、转移特性、转移特性常数DS)(GSDVVfi2 2、电流方程、电流方程2GS(off)GSDSSD1VVIi( VGS（off)VG

30、SVGS-VGS(off) ) 夹断电压夹断电压VP (或或VGS(off)： 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS： 低频跨导低频跨导gm：DSGSDmVvig 时）时）（当（当0)1(2GSPPPGSDSSm vVVVvIg或或3. 主要参数主要参数漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的VGS值值 。VGS=0时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。 低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)。 输出电阻输出电阻rd：GSDDSdVivr 3.3.主要参数主要参数 直流输入电阻直流输入

31、电阻RGS： 对于结型场效应三极管，反偏时对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于约大于107。 最大漏极功耗最大漏极功耗PDM 最大漏源电压最大漏源电压V(BR)DS 最大栅源电压最大栅源电压V(BR)GS JFET电路模型同电路模型同MOS管相同。只是由于两种管子在管相同。只是由于两种管子在饱和区数学模型不同，因此，跨导计算公式不同。饱和区数学模型不同，因此，跨导计算公式不同。 JFET电路模型电路模型VGSSDGIDIG 0ID(VGS)+- -gmvgsrdsgdsidvgs- -vds+- -SIDGD（共源极）（共源极）（直流电路模型）（直流电路模型）（小信号模型）（小信号模型）利

32、用利用2)()1 (offGSGSDSSDVVII得得DSSDQm0DSSDQGS(off)DSSQGSDm2IIgIIVIvig1. JFET小信号模型小信号模型（1 1）低频模型）低频模型JFET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法JFET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法（2 2）高频模型）高频模型一、场效应管放大电路的特点一、场效应管放大电路的特点1. 1. 场效应管是电压控制元件；场效应管是电压控制元件； 2. 2. 栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高； 3. 噪声小，受外界温度及辐射影响小；噪声小，受外界温度及辐

33、射影响小； 4. 4. 制造工艺简单，有利于大规模集成；制造工艺简单，有利于大规模集成； 5. 跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。6. 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为所以场效应管也称为单极型单极型三极管三极管。总结：总结：二、二、表表3.1 3.1 场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较VCCS(VCCS(g gm m) )CCCS()漂移漂移多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移 双极型三极管双极型三极管 场效应三极管场效应三极管 噪声噪声 较大较大 较小较小温度特性温度特性 受温

34、度影响较大受温度影响较大 较小，可有零温度系数点较小，可有零温度系数点输入电阻输入电阻 几十到几千欧姆几十到几千欧姆 几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响 不受静电影响不受静电影响 易受静电影响易受静电影响集成工艺集成工艺 不易大规模集成不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成适宜大规模和超大规模集成 C C与与E E不可互换使用不可互换使用 D D与与S S可互换使用可互换使用二、二、表表3.1 3.1 场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较q三、各类三、各类FET管管VDS、VGS极性比较极性比较 VDS极性与极性与ID流向仅取决于沟道类型流向仅取决于沟道类型 VGS极性取决于工

35、作方式及沟道类型极性取决于工作方式及沟道类型 由于由于FETFET类型较多，单独记忆较困难，现将各类类型较多，单独记忆较困难，现将各类FETFET管管V VDSDS、V VGSGS极性及极性及I ID D流向归纳如下：流向归纳如下： N沟道沟道FET：VDS 0，ID流入管子漏极。流入管子漏极。 P沟道沟道FET：VDS vGS vGS(th) 因此因此当当 vGS vGS(th) 时时N- -EMOS管管工作在饱和区。工作在饱和区。伏安特性：伏安特性：2GS(th)OXn)(2VvlWCiiDvGSVQIQQ直流电阻：直流电阻：QQ/ IVR （小）（小）交流电阻：交流电阻：ivr/（大）（

36、大）Tvi+- -+- -vRiq N- -DMOS管管GS相连相连构成有源电阻构成有源电阻v = vDS ，vGS =0 ，i = iD由图由图因此，当因此，当 vDS 0 vGS(th)时，管子工作在饱和区。时，管子工作在饱和区。伏安特性即伏安特性即vGS = 0 时的输出特性。时的输出特性。由由2GS(th)GSOXn)(2VvlWCi得知得知当当vGS =0 时，电路近似恒流输出。时，电路近似恒流输出。iDvDSVQIQQ- -VGS(th)vGS= =0 0Tvi+- -+- -vRiq 有源电阻有源电阻构成分压器构成分压器若两管若两管 n 、 COX 、VGS(th)相同，则相同，

37、则联立求解得：联立求解得：T1V1I1+- -I2V2+- -VDDT2由图由图I1 = I2V1 + V2 = VDD2GS(th)22OXn2GS(th)11OXn)()(2)()(2VVlWCVVlWCV1 + V2 = VDD1)/()/(1)/()/(12GS(th)12DD2lWlWVlWlWVV调整沟道宽长比（调整沟道宽长比（W/l），可得所需的分压值。），可得所需的分压值。 1. N-JFET管管 （1）特性曲线）特性曲线 （2）电流方程）电流方程2GS(off)GSDSSD1VVIi（工作于恒流区）（工作于恒流区）(3-2-3) （1）特性曲线）特性曲线 （2）电流方程）电流

38、方程2GS(th)GSDSSD1VVIi 2. N-EMOS2. N-EMOS管管（工作于恒流区）（工作于恒流区）(3-1-7) 3. N-DMOS管管 （1）特性曲线）特性曲线 （2）电流方程）电流方程2GS(off)GSDSSD1VVIi（工作于恒流区）（工作于恒流区）DSSI注意注意增加增加N-EMOS管管一、基本共源电路一、基本共源电路 1、电路组成、电路组成 类似例类似例2:（3-1-7） 2 2、静态、静态Q Q点的确定点的确定 令令0i U则则交点交点Q VGSQ=VGG，2GS(th)GSDSSD1VVIi2GS(th)GGDSSDQ1VVII二、分压式偏置电路二、分压式偏置电

39、路 1、静态、静态Q点的确定点的确定静态时静态时DDg2g1g1AGQVRRRVVsDQSQRIV于是，有于是，有sDQDDg2g1g1SQGQGSQRIVRRRVVV2GS(th)GSQDSSDQ1VVII)(sdDQDDDSQRRIVV类似类似例例1：(3-1-7)+ T+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU图图 2.7.5分压分压 式偏置电路式偏置电路2 2、图解法图解法由式由式SDDD211SDGQGSRiVRRRRiUu 可做出一条直线，可做出一条直线，另外，另外，iD 与与 uGS 之间满之间满足转移特性曲线的规律，足转移特性曲线的规律，二者间交点为静态工作二者间交点为静态工作点，确定点，确定 UGSQ， IDQ