场效应管及其放大电路(同名941)课件

第五章场效应管放大电路

场效应管是一种利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，是仅由一种载流子参与导电的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。场效应管：结型N沟道P沟道MOS型N沟道P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型第五章场效应管放大电路场效应管是一种利用1§5.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管

金属氧化物场效应管MOSFET(MetalOxide

SemiconductorFET)又称绝缘栅型场效应管，它是一种利用半导体表面电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极电流的器件，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻大于109。增强型：VGS=0时，漏源之间没有导电沟道， 在VDS作用下无iD。耗尽型：VGS=0时，漏源之间有导电沟道， 在VDS作用下iD。§5.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管 金属氧化21.结构和符号

N沟道增强型MOSFET结构左右对称，是在一块浓度较低的P型硅上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极作为D和S,在绝缘层上镀一层金属铝并引出一个电极作为GD(Drain):漏极，相当cG(Gate):栅极，相当bS(Source):源极，相当eB(Substrate):衬底§5.1.1N沟道增强型MOSFET1.结构和符号N沟道增强型MOSFET结构左右对称，是在32.工作原理VGS=0时，无导电沟道

漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压，不管VDS极性如何，其中总有一个PN结反向，所以不存在导电沟道。VGS=0，ID=0VGS必须大于0管子才能工作。（1）栅源电压VGS的控制作用2.工作原理VGS=0时，无导电沟道（1）栅源电压VGS的4

（b）0＜VGS＜VT

（VT称为开启电压)在Sio2介质中产生一个垂直于导体表面的电场，排斥P区多子空穴而吸引少子电子。但由于电场强度有限，吸引到绝缘层的少子电子数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不可能以形成漏极电流ID。0＜VGS＜VT，

ID=0（b）0＜VGS＜VT0＜VGS＜VT，5(c)VGS＞VT时此时的栅极电压已经比较强，栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，将漏极和源极沟通，形成N沟道。如果此时VDS>0，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方导电沟道中的电子，因与P型区的载流子空穴极性相反，故称为反型层。随着VGS的继续增加，反型层变厚，ID增加。这种在VGS=0时没有导电沟道，依靠栅源电压的作用而形成感生沟道的FET称为增强型FETVGS>0g吸引电子反型层导电沟道VGS反型层变厚VDS

ID(c)VGS＞VT时VGS>0g吸引电子反型层导电6（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用（a）如果VGS＞VT且固定为某一值，VGD=VGS－VDSVDS为0或较小时，

VGD=VGS－VDS＞VT，沟道分布如图，此时VDS基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。这时，ID随VDS增大。VDSID（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用（a）如果VGS7（b）当VDS增加到使VGD=VT时沟道如图所示，靠近漏极的沟道被夹断，这相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用（b）当VDS增加到使VGD=VT时（2）漏源电压VDS对漏8（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用VDSID不变（c）当VDS增加到VGDVT时沟道如图所示。此时预夹断区域加长，向S极延伸。VDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用VDSID93.输出特性曲线vDS/ViD(1)截止区（夹断区）VGS<VT以下区域就是截止区VGS＜

VTID=0(2)可变电阻区未产生夹断时，VDS增大，ID随着增大的区域VGS-VDSVPVDSID处于饱和区的场效应管相当于一个压控可变电阻V-I特性近似为：3.输出特性曲线vDS/ViD(1)截止区（夹断区）10其中本征导电因子为反型层中电子迁移率为栅极氧化层单位面积电容vDS/ViD在特性曲线原点附近所以可变电阻区内原点附近输出电阻为：为受控于VGS的可变电阻其中本征导电因子为反型层中电子迁移率为栅极氧化层单位面积电容11(3)放大区产生夹断后，VDS增大，ID不变的区域，VDSVGS-

VT

VDSID不变处于饱和区的场效应管相当于一个压控电流源在预夹断临界条件下VDS

=VGS-

VT

由此得到饱和区的V-I特性表达式：它是时的(3)放大区在预夹断临界条件下VDS=VGS-VT12

ID=f(VGS)VDS=const转移特性曲线iDvGS/VID=f(VDS)VGS=const输出特性曲线vDS/ViD4.转移特性曲线转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压VGS对漏极电流ID的控制作用。gm的量纲为mA/V，称为跨导。

gm=ID/VGSVDSID=f(VGS)VDS=constiDvGS/V135.1.2N沟道耗尽型MOS管N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图所示，制造时在栅极下方的绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时，这些正离子已经在感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在。5.1.2N沟道耗尽型MOS管N沟道耗尽型MOSFET的14沟道长度调制效应

MOSFET中,栅极下导电沟道预夹断后，若继续增大VDs，夹断点会略向源极方向移动。导致夹断点到源极之间的沟道长度略有减小，有效沟道电阻也就略有减小，从而使更多电子自源极漂移到夹断点，导致在耗尽区漂移电子增多,使iD增大，这种效应称为沟道长度调制效应

5.1.2沟道长度调制效应沟道长度调制效应

5.1.2沟道长度调制效应15各种类型MOS管的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型各种类型MOS管的特性曲线绝缘栅场效应管NP16各种类型MOS管的特性曲线绝缘栅场效应管

N沟道耗尽型P

沟道耗尽型各种类型MOS管的特性曲线绝缘栅场效应管NP175.1.5MOSFET的主要参数1、开启电压VT：在VDS为一固定数值时，能产生ID所需要的最小|VGS|值。（增强）2、夹断电压VP：在VDS为一固定数值时，使ID对应一微小电流时的|VGS|值。（耗尽）3、饱和漏极电流IDSS：在VGS=0时，VDS>

|VP|时的漏极电流。（耗尽）4、极间电容

：漏源电容CDS约为0.1~1pF，栅源电容CGS和栅漏极电容CGD约为1~3pF。一、直流参数5.1.5MOSFET的主要参数1、开启电压VT：在V18场效应管的主要参数2、低频互导gm

：表示vGS对iD的控制作用。在转移特性曲线上，gm

是曲线在某点上的斜率，也可由iD的表达式求导得出，单位为S或mS。二、交流参数1、输出电阻不考虑沟道调制效应时为0考虑时为场效应管的主要参数2、低频互导gm：表示vGS191、最大漏极电流IDM

2、最大漏极耗散功率PDM

3、最大漏源电压V(BR)DS最大栅源电压V(BR)GS

由V-I特性估算

因为则三、极限参数1、最大漏极电流IDM2、最大漏极耗散功率PD20场效应三极管的型号场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。场效应三极管的型号场效应三极管的型号,现行21几种常用的场效应三极管的主要参数见表几种常用的场效应三极管的主要参数见表225.2MOSFET放大电路5.2.1MOSFET放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算2.图解分析3.小信号模型分析5.2MOSFET放大电路5.2.1MOSFET放大235.2.1简单共源极放大电路的直流分析gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viCb2＋步骤——直流通路VGIDVS5.2MOSFET放大电路1假设MOS管工作于饱和区，则有VGSQ>VT，IDQ>0，VDSQ>VGSQ-VT2利用饱和区的V-I曲线分析电路：3如果出现VGS<VT，则MOS管可能截至，如果VDS<VGS-VT，则MOS管可能工作在可变电阻区。4如果初始假设被证明是错误的，则必须作新的假设，同时重新分析电路。245.2.1简单共源极放大电路的直流分析gdsBVDDRdR245.2.1简单共源极放大电路的直流分析（1）直流通路gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viCb2＋VGIDVSVGS=VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)VDS=VDD－IDRd若NMOS工作于饱和区，则若计算的VDS>VGS-VT，则说明NMOS确工作于饱和区；若VDS<VGS-VT，则说明工作于可变电阻区。工作于可变电阻区的ID：5.2MOSFET放大电路255.2.1简单共源极放大电路的直流分析（1）直流通路gd255.2.2带源极电阻的NMOS共源极放大电路gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viCb2＋（1）直流通路VS若NMOS工作于饱和区，则RRsvs+-VGIDVDS=VDD－ID(Rd+R)－Vssv05.2MOSFET放大电路265.2.2带源极电阻的NMOS共源极放大电路gdsBVDD26gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2＋＋＋－viCb2＋R－Vss例.如图，设VT=1V,Kn=500μA/V2,VDD=5V,-VSS=-5V,Rd=10K,R=0.5K,Id=0.5mA。若流过Rg1,Rg2的电流是ID的1/10，试确定Rg1,Rg2的值。解.作出直流通路，并设MOS工作在饱和区，则由：即0.5＝0.5(VGS-1)2流过Rg1、Rg2的电流为0.05mAVSRsvs+-VGIDv0得VGS=

2V27gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2＋＋＋－viCb2＋27gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2＋＋＋－viCb2＋R－Vss例.如图，设VT=1V,Kn=500μA/V2,VDD=5V,-VSS=-5V,Rd=10K,R=0.5K,Id=0.5mA。若流过Rg1,Rg2的电流是ID的1/10，试确定Rg1,Rg2的值。解.作出直流通路，并设MOS工作在饱和区，则由：VSRsvs+-VGIDv0Rg2=45K、Rg1=155K判断假设的正确性：VDS=(VDD+VSS)－ID(Rd+R)=4.7V则有：VDS>(VGS-VT)=2-1=1V说明管子工作在饱和状态，与最初假设一致。28gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2＋＋＋－viCb2＋28gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viCb2＋静态值：VGSQ、IDQ、VDSQ外加信号电压波形：ωtvi因为：vGS=VGSQ+vi所以vGS的波形为：iD=IDQ+gmviωtvGSVGSQVGSQ1VGSQ20ωtiDIDQIDQ1IDQ20负载线方程：：iD=-+VDDvDSRdRd是一条过(VDD,0)和(0,VDD/RD)的直线5.2.3NMOS共源极放大电路的图解分析5.2MOSFET放大电路29gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viC29vDS/ViD(mA)vGS/ViD(mA)VGSQVDDVDDRdQQ1Q2viIDQvDSωtωtVDSQ5.2.3NMOS共源极放大电路的图解分析5.2MOSFET放大电路30vDS/ViD(mA)vGS/ViD(mA)VGSQVDDV301.NMOS管的小信号模型双端口网络gsdsvgsvdsid工作在饱和区的漏极电流iD:IDQid＝gmvgs谐波分量越小越好，一般取为0。ig＝0,输入端相当于开路；id＝gmvgs，输出回路等效成一个电压控制电流源。gm=2Kn(VGSQ-VT)5.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路311.NMOS管的小信号模型双端口gsdsvgsvdsid工作31场效应管输出特性表达式：求全微分:漏极与源极间等效电导，相当于输出特性曲线斜率的倒数，为无穷大其中：为低频跨导,是转移特性曲线Q点的斜率5.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路双端口网络gsdsvgsvdsid变化量由该式可得到场效应管的微变等效电路1.NMOS管的小信号模型32场效应管输出特性表达式：求全微分:漏极与源极间等效电导，相当32漏极与源极间等效电导，相当于输出特性曲线斜率的倒数，为无穷大为低频跨导,是转移特性曲线Q点的斜率5.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路双端口网络gsdsvgsvdsidgsgmvgsvgs+-rds+-vdsidd因rds很大，可忽略，得简化小信号模型:可得到场效应管放大电路的微变等效电路1.NMOS管的小信号模型33漏极与源极间等效电导，相当于输出特性曲线斜率的倒数，为无穷大335.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路2.场效应管放大电路的微变等效电路gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viCb2＋首先将电容、电源短路得到交流通路：小信号模型：rdsgsdgmvgsvgs+-+-v0idvi+-RgRd345.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOS345.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路2.场效应管放大电路的微变等效电路首先将电容、电源短路得到交流通路：小信号模型：rdsgsdgmvgsvgs+-+-v0idvi+-RgRd(1)电压放大倍数(2)输入电阻Ri=Rg1//Rg2(3)输出电阻R0=Rd355.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOS35gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viCb2＋R首先将电容、电源短路得到交流通路：小信号模型：rdsgsdgmvgsvgs+-+-v0idvi+-RRgRd5.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路2.场效应管放大电路的微变等效电路(1)电压放大倍数(2)输入电阻Ri=Rg1//Rg2(3)输出电阻R0=Rd36gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viC36gdsBVDDRdRg1Rg2id＋－viCb2＋Cb2v0＋＋Cb2v0＋＋R首先将电容、电源短路得到交流通路：小信号模型：v0+rdsgsdgmvgsvgs+-idvi+-RRgdgvgs+idgmvgsvi+-srdsRv0Rg(1)电压放大倍数取rds为无穷时：(2)输入电阻Ri=Rg1//Rg2(3)输出电阻R0=R//rds//gm1推导5.2.5NMOS共漏极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路37gdsBVDDRdRg1Rg2id＋－viCb2＋Cb2v037dgvgs+idgmvgsvi+-srdsRv0Rg输出电阻R0的计算：RsvTiTR0=vTiTiRirvgs=-vTiT=iR+ir-gmvgs5.2.5NMOS共漏极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路38dgvgs+idgmvgsvi+-srdsRv0Rg输出电阻38例.Rg1=60K，Rg2=40K，Rd=15K，VDD=5V，VT=1V，n=0.2mA/V2，RL=15K计算IDQ、VDSQ；Av、Ri、R0。+-vi解.若管子工作在饱和区，则=0.2×(2-1)2=0.2mA可见:说明管子工作在饱和区.39例.Rg1=60K，Rg2=40K，Rd=15K，VDD=539(1)电压放大倍数gm=2Kn(VGS-VT)=2×0.2×(2-1)=0.4mS(2)输入电阻Ri=Rg1//Rg2=60//40=24K(3)输出电阻R0=Rd=15K+-vi例.Rg1=60K，Rg2=40K，Rd=15K，VDD=5V，VT=1V，n=0.2mA/V2，RL=15K计算IDQ、VDSQ；Av、Ri、R0。解.40(1)电压放大倍数gm=2Kn(VGS-VT)(2)输入电阻40模型模型41§5.3结型场效应管(JunctiontypeFieldEffectTransister)

5.3.1结型场效应管的结构和符号结型场效应管是一种利用耗尽层宽度改变导电沟道的宽窄来控制漏极电流的大小的器件。它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。P区即为栅极g(G)，N型硅的一端是漏极d(D)，另一端是源极s(S)。箭头方向表示栅结正偏或正偏时栅极电流方向。§5.3结型场效应管(Junctiontype425.3.2工作原理ID（1）VGS对导电沟道的影响：VP(VGS(OFF))：夹断电压栅源之间是反偏的PN结，RGS>107，所以IG=0(a)VGS=0，VDS=0，ID=0

结型场效应管没有绝缘层，只能工作在反偏的条件下。N沟道结型场效应管只能工作在负栅压区，P沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出现栅流。N沟道结型场效应管工作原理：5.3.2工作原理ID（1）VGS对导电沟道的影响：VP(43(c)|VGS|

=VP

，导电沟道被全夹断(b)0<VGS<VPVGS耗尽层变宽VGS控制导电沟道的宽窄，即控制ID的大小。(c)|VGS|=VP，(b)0<44（2）VDS对iD的影响VDS>0但|VGS-VDS|

<|VP|

，时(a)VDS增加，d端电位高，s端电位低，导电沟道内存在电位梯度，所以耗尽层上端变宽。VDSIDID（2）VDS对iD的影响(a)VDS增加，d端电位高，s45工作原理(b)|VGS-VDS|

=|VP|时，导电沟道在a点相遇，沟道被夹断。VGS=0时，产生夹断时的ID称为漏极饱和电流IDSSID工作原理(b)ID46工作原理(c)VDS夹端长度 场强ID=IDSS基本不变。ID工作原理(c)VDS夹端长度ID475.3.2JFET的特性曲线VDS=10V时的转移特性曲线IDSS是在VGS=0，VDS>

|VP|时的漏极电流当|vGS-vDS|

|

vP|后，管子工作在恒流区，vDS对iD的影响很小。实验证明，当|vGS-vDS|

|

VP|时，iD可近似表示为：5.3.2JFET的特性曲线VDS=10V时的转移特性48①输出特性曲线恒流区：(又称饱和区或放大区）特点:(1)受控性：输入电压vGS控制输出电流(2)恒流性：输出电流iD

基本上不受输出电压vDS的影响。用途:可做放大器和恒流源。条件:(1)源端沟道未夹断

(2)源端沟道予夹断①输出特性曲线恒流区：(又称饱和区或放大区）特点:(1)受控49可变电阻区特点:(1)当vGS

为定值时,iD

是

vDS

的线性函数，管子的漏源间呈现为线性电阻，且其阻值受

vGS

控制。

（2）管压降vDS

很小。用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。条件：源端与漏端沟道都不夹断

可变电阻区特点:(1)当vGS为定值时,iD是vDS50夹断区

用途：做无触点的、接通状态的电子开关。条件：整个沟道都夹断

特点：夹断区用途：做无触点的、接通状态的电子开关。51②转移特性曲线输入电压VGS对输出漏极电流ID的控制②转移特性曲线输入电压VGS对输出漏极电流ID的控制525.3.3JFET放大电路的小信号模型分析法1.JFET小信号模型（1）低频模型5.3.3JFET放大电路的小信号模型分析法1.JFE53（2）高频模型（2）高频模型545.3.3应用小信号模型法分析JFET放大电路1.直流偏置电路（1）分压式自偏压电路（2）自偏压电路vGSvGS=0－iDR5.3.3应用小信号模型法分析JFET放大电路1.直流552.动态指标分析（1）低频小信号模型2.动态指标分析（1）低频小信号模型562.动态指标分析（2）低频电压增益（3）输入电阻（4）输出电阻忽略rD由输入输出回路得则通常则2.动态指标分析（2）低频电压增益（3）输入电阻（4）输出57双极型和场效应型三极管的比较双极型三极管场效应三极管结构NPN型PNP型结型耗尽型N沟道P沟道绝缘栅增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型N沟道P沟道C与E一般不可倒置使用D与S可倒置使用载流子多子扩散少子漂移多子漂移控制电流控制电流源CCCS(β)电压控制电流源VCCS(gm)噪声较大较小温度特性受温度影响较大较小，可有零温度系数点输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上静电影响不受静电影响易受静电影响集成工艺不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成双极型和场效应型三极管的比较双极型三极管场效应三极管结构NP58第五章场效应管放大电路

场效应管是一种利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，是仅由一种载流子参与导电的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。场效应管：结型N沟道P沟道MOS型N沟道P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型第五章场效应管放大电路场效应管是一种利用59§5.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管

金属氧化物场效应管MOSFET(MetalOxide

SemiconductorFET)又称绝缘栅型场效应管，它是一种利用半导体表面电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极电流的器件，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻大于109。增强型：VGS=0时，漏源之间没有导电沟道， 在VDS作用下无iD。耗尽型：VGS=0时，漏源之间有导电沟道， 在VDS作用下iD。§5.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管 金属氧化601.结构和符号

N沟道增强型MOSFET结构左右对称，是在一块浓度较低的P型硅上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极作为D和S,在绝缘层上镀一层金属铝并引出一个电极作为GD(Drain):漏极，相当cG(Gate):栅极，相当bS(Source):源极，相当eB(Substrate):衬底§5.1.1N沟道增强型MOSFET1.结构和符号N沟道增强型MOSFET结构左右对称，是在612.工作原理VGS=0时，无导电沟道

漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压，不管VDS极性如何，其中总有一个PN结反向，所以不存在导电沟道。VGS=0，ID=0VGS必须大于0管子才能工作。（1）栅源电压VGS的控制作用2.工作原理VGS=0时，无导电沟道（1）栅源电压VGS的62

（b）0＜VGS＜VT

（VT称为开启电压)在Sio2介质中产生一个垂直于导体表面的电场，排斥P区多子空穴而吸引少子电子。但由于电场强度有限，吸引到绝缘层的少子电子数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不可能以形成漏极电流ID。0＜VGS＜VT，

ID=0（b）0＜VGS＜VT0＜VGS＜VT，63(c)VGS＞VT时此时的栅极电压已经比较强，栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，将漏极和源极沟通，形成N沟道。如果此时VDS>0，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方导电沟道中的电子，因与P型区的载流子空穴极性相反，故称为反型层。随着VGS的继续增加，反型层变厚，ID增加。这种在VGS=0时没有导电沟道，依靠栅源电压的作用而形成感生沟道的FET称为增强型FETVGS>0g吸引电子反型层导电沟道VGS反型层变厚VDS

ID(c)VGS＞VT时VGS>0g吸引电子反型层导电64（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用（a）如果VGS＞VT且固定为某一值，VGD=VGS－VDSVDS为0或较小时，

VGD=VGS－VDS＞VT，沟道分布如图，此时VDS基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。这时，ID随VDS增大。VDSID（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用（a）如果VGS65（b）当VDS增加到使VGD=VT时沟道如图所示，靠近漏极的沟道被夹断，这相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用（b）当VDS增加到使VGD=VT时（2）漏源电压VDS对漏66（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用VDSID不变（c）当VDS增加到VGDVT时沟道如图所示。此时预夹断区域加长，向S极延伸。VDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用VDSID673.输出特性曲线vDS/ViD(1)截止区（夹断区）VGS<VT以下区域就是截止区VGS＜

VTID=0(2)可变电阻区未产生夹断时，VDS增大，ID随着增大的区域VGS-VDSVPVDSID处于饱和区的场效应管相当于一个压控可变电阻V-I特性近似为：3.输出特性曲线vDS/ViD(1)截止区（夹断区）68其中本征导电因子为反型层中电子迁移率为栅极氧化层单位面积电容vDS/ViD在特性曲线原点附近所以可变电阻区内原点附近输出电阻为：为受控于VGS的可变电阻其中本征导电因子为反型层中电子迁移率为栅极氧化层单位面积电容69(3)放大区产生夹断后，VDS增大，ID不变的区域，VDSVGS-

VT

VDSID不变处于饱和区的场效应管相当于一个压控电流源在预夹断临界条件下VDS

=VGS-

VT

由此得到饱和区的V-I特性表达式：它是时的(3)放大区在预夹断临界条件下VDS=VGS-VT70

ID=f(VGS)VDS=const转移特性曲线iDvGS/VID=f(VDS)VGS=const输出特性曲线vDS/ViD4.转移特性曲线转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压VGS对漏极电流ID的控制作用。gm的量纲为mA/V，称为跨导。

gm=ID/VGSVDSID=f(VGS)VDS=constiDvGS/V715.1.2N沟道耗尽型MOS管N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图所示，制造时在栅极下方的绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时，这些正离子已经在感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在。5.1.2N沟道耗尽型MOS管N沟道耗尽型MOSFET的72沟道长度调制效应

MOSFET中,栅极下导电沟道预夹断后，若继续增大VDs，夹断点会略向源极方向移动。导致夹断点到源极之间的沟道长度略有减小，有效沟道电阻也就略有减小，从而使更多电子自源极漂移到夹断点，导致在耗尽区漂移电子增多,使iD增大，这种效应称为沟道长度调制效应

5.1.2沟道长度调制效应沟道长度调制效应

5.1.2沟道长度调制效应73各种类型MOS管的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型各种类型MOS管的特性曲线绝缘栅场效应管NP74各种类型MOS管的特性曲线绝缘栅场效应管

N沟道耗尽型P

沟道耗尽型各种类型MOS管的特性曲线绝缘栅场效应管NP755.1.5MOSFET的主要参数1、开启电压VT：在VDS为一固定数值时，能产生ID所需要的最小|VGS|值。（增强）2、夹断电压VP：在VDS为一固定数值时，使ID对应一微小电流时的|VGS|值。（耗尽）3、饱和漏极电流IDSS：在VGS=0时，VDS>

|VP|时的漏极电流。（耗尽）4、极间电容

：漏源电容CDS约为0.1~1pF，栅源电容CGS和栅漏极电容CGD约为1~3pF。一、直流参数5.1.5MOSFET的主要参数1、开启电压VT：在V76场效应管的主要参数2、低频互导gm

：表示vGS对iD的控制作用。在转移特性曲线上，gm

是曲线在某点上的斜率，也可由iD的表达式求导得出，单位为S或mS。二、交流参数1、输出电阻不考虑沟道调制效应时为0考虑时为场效应管的主要参数2、低频互导gm：表示vGS771、最大漏极电流IDM

2、最大漏极耗散功率PDM

3、最大漏源电压V(BR)DS最大栅源电压V(BR)GS

由V-I特性估算

因为则三、极限参数1、最大漏极电流IDM2、最大漏极耗散功率PD78场效应三极管的型号场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。场效应三极管的型号场效应三极管的型号,现行79几种常用的场效应三极管的主要参数见表几种常用的场效应三极管的主要参数见表805.2MOSFET放大电路5.2.1MOSFET放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算2.图解分析3.小信号模型分析5.2MOSFET放大电路5.2.1MOSFET放大815.2.1简单共源极放大电路的直流分析gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viCb2＋步骤——直流通路VGIDVS5.2MOSFET放大电路1假设MOS管工作于饱和区，则有VGSQ>VT，IDQ>0，VDSQ>VGSQ-VT2利用饱和区的V-I曲线分析电路：3如果出现VGS<VT，则MOS管可能截至，如果VDS<VGS-VT，则MOS管可能工作在可变电阻区。4如果初始假设被证明是错误的，则必须作新的假设，同时重新分析电路。825.2.1简单共源极放大电路的直流分析gdsBVDDRdR825.2.1简单共源极放大电路的直流分析（1）直流通路gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viCb2＋VGIDVSVGS=VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)VDS=VDD－IDRd若NMOS工作于饱和区，则若计算的VDS>VGS-VT，则说明NMOS确工作于饱和区；若VDS<VGS-VT，则说明工作于可变电阻区。工作于可变电阻区的ID：5.2MOSFET放大电路835.2.1简单共源极放大电路的直流分析（1）直流通路gd835.2.2带源极电阻的NMOS共源极放大电路gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viCb2＋（1）直流通路VS若NMOS工作于饱和区，则RRsvs+-VGIDVDS=VDD－ID(Rd+R)－Vssv05.2MOSFET放大电路845.2.2带源极电阻的NMOS共源极放大电路gdsBVDD84gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2＋＋＋－viCb2＋R－Vss例.如图，设VT=1V,Kn=500μA/V2,VDD=5V,-VSS=-5V,Rd=10K,R=0.5K,Id=0.5mA。若流过Rg1,Rg2的电流是ID的1/10，试确定Rg1,Rg2的值。解.作出直流通路，并设MOS工作在饱和区，则由：即0.5＝0.5(VGS-1)2流过Rg1、Rg2的电流为0.05mAVSRsvs+-VGIDv0得VGS=

2V85gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2＋＋＋－viCb2＋85gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2＋＋＋－viCb2＋R－Vss例.如图，设VT=1V,Kn=500μA/V2,VDD=5V,-VSS=-5V,Rd=10K,R=0.5K,Id=0.5mA。若流过Rg1,Rg2的电流是ID的1/10，试确定Rg1,Rg2的值。解.作出直流通路，并设MOS工作在饱和区，则由：VSRsvs+-VGIDv0Rg2=45K、Rg1=155K判断假设的正确性：VDS=(VDD+VSS)－ID(Rd+R)=4.7V则有：VDS>(VGS-VT)=2-1=1V说明管子工作在饱和状态，与最初假设一致。86gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2＋＋＋－viCb2＋86gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viCb2＋静态值：VGSQ、IDQ、VDSQ外加信号电压波形：ωtvi因为：vGS=VGSQ+vi所以vGS的波形为：iD=IDQ+gmviωtvGSVGSQVGSQ1VGSQ20ωtiDIDQIDQ1IDQ20负载线方程：：iD=-+VDDvDSRdRd是一条过(VDD,0)和(0,VDD/RD)的直线5.2.3NMOS共源极放大电路的图解分析5.2MOSFET放大电路87gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viC87vDS/ViD(mA)vGS/ViD(mA)VGSQVDDVDDRdQQ1Q2viIDQvDSωtωtVDSQ5.2.3NMOS共源极放大电路的图解分析5.2MOSFET放大电路88vDS/ViD(mA)vGS/ViD(mA)VGSQVDDV881.NMOS管的小信号模型双端口网络gsdsvgsvdsid工作在饱和区的漏极电流iD:IDQid＝gmvgs谐波分量越小越好，一般取为0。ig＝0,输入端相当于开路；id＝gmvgs，输出回路等效成一个电压控制电流源。gm=2Kn(VGSQ-VT)5.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路891.NMOS管的小信号模型双端口gsdsvgsvdsid工作89场效应管输出特性表达式：求全微分:漏极与源极间等效电导，相当于输出特性曲线斜率的倒数，为无穷大其中：为低频跨导,是转移特性曲线Q点的斜率5.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路双端口网络gsdsvgsvdsid变化量由该式可得到场效应管的微变等效电路1.NMOS管的小信号模型90场效应管输出特性表达式：求全微分:漏极与源极间等效电导，相当90漏极与源极间等效电导，相当于输出特性曲线斜率的倒数，为无穷大为低频跨导,是转移特性曲线Q点的斜率5.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路双端口网络gsdsvgsvdsidgsgmvgsvgs+-rds+-vdsidd因rds很大，可忽略，得简化小信号模型:可得到场效应管放大电路的微变等效电路1.NMOS管的小信号模型91漏极与源极间等效电导，相当于输出特性曲线斜率的倒数，为无穷大915.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路2.场效应管放大电路的微变等效电路gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viCb2＋首先将电容、电源短路得到交流通路：小信号模型：rdsgsdgmvgsvgs+-+-v0idvi+-RgRd925.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOS925.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路2.场效应管放大电路的微变等效电路首先将电容、电源短路得到交流通路：小信号模型：rdsgsdgmvgsvgs+-+-v0idvi+-RgRd(1)电压放大倍数(2)输入电阻Ri=Rg1//Rg2(3)输出电阻R0=Rd935.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOS93gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viCb2＋R首先将电容、电源短路得到交流通路：小信号模型：rdsgsdgmvgsvgs+-+-v0idvi+-RRgRd5.2.4NMOS共源极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路2.场效应管放大电路的微变等效电路(1)电压放大倍数(2)输入电阻Ri=Rg1//Rg2(3)输出电阻R0=Rd94gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2－v0＋＋＋－viC94gdsBVDDRdRg1Rg2id＋－viCb2＋Cb2v0＋＋Cb2v0＋＋R首先将电容、电源短路得到交流通路：小信号模型：v0+rdsgsdgmvgsvgs+-idvi+-RRgdgvgs+idgmvgsvi+-srdsRv0Rg(1)电压放大倍数取rds为无穷时：(2)输入电阻Ri=Rg1//Rg2(3)输出电阻R0=R//rds//gm1推导5.2.5NMOS共漏极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路95gdsBVDDRdRg1Rg2id＋－viCb2＋Cb2v095dgvgs+idgmvgsvi+-srdsRv0Rg输出电阻R0的计算：RsvTiTR0=vTiTiRirvgs=-vTiT=iR+ir-gmvgs5.2.5NMOS共漏极放大电路的小信号模型5.2MOSFET放大电路96dgvgs+idgmvgsvi+-srdsRv0Rg输出电阻96例.Rg1=60K，Rg2=40K，Rd=15K，VDD=5V，VT=1V，n=0.2mA/V2，RL=15K计算IDQ、VDSQ；Av、Ri、R0。+-vi解.若管子工作在饱和区，则=0.2×(2-1)2=0.2mA可见:说明管子工作在饱和区.97例.Rg1=60K，Rg2=40K，Rd=15K，VDD=597(1)电压放大倍数gm=2Kn(VGS-VT)=2×0.2×(2-1)=0.4mS(2)输入电阻Ri=Rg1//Rg2=60//40=24K(3)输出电阻R0=Rd=15K+-vi例.Rg1=60K，Rg2=40K，Rd=15K，VDD=5V，VT=1V，n=0.2mA/V2，RL=15K计算IDQ、VDSQ；Av、Ri、R0。解.98(1)电压放大倍数gm=2Kn(VGS-VT)(2)输入电阻98模型模型99§5.3结型场效应管(JunctiontypeFieldEffectTransister)

5.3.1结型场效应管的结构和符号结型场效应管是一种利用耗尽层宽度改变导电沟道的宽窄来控制漏极电流的大小的器件。它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。P区即为栅极g(G)，N型硅的一端是漏极d(D)