电子技术基础模拟部分第五章场效应管放大电路

5.15.15.15.1金属金属金属金属-氧化物氧化物氧化物氧化物-半导体（半导体（半导体（半导体（MOSMOSMOSMOS））））场效应管场效应管场效应管场效应管5.35.35.35.3结型场效应管（结型场效应管（结型场效应管（结型场效应管（JFETJFETJFETJFET））））****5.45.45.45.4砷化镓金属砷化镓金属砷化镓金属砷化镓金属-半导体场效应管半导体场效应管半导体场效应管半导体场效应管5.55.55.55.5各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较5.2MOSFET5.2MOSFET5.2MOSFET5.2MOSFET放大电路放大电路放大电路放大电路5.15.15.15.1金属金属金属金属----氧化物氧化物氧化物氧化物----半导体半导体半导体半导体（（（（MOSMOSMOSMOS））））场效应管场效应管场效应管场效应管5.1.1N5.1.1N5.1.1N5.1.1N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET5.1.5MOSFET5.1.5MOSFET5.1.5MOSFET5.1.5MOSFET的主要参数的主要参数的主要参数的主要参数5.1.2N5.1.2N5.1.2N5.1.2N沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET5.1.3P5.1.3P5.1.3P5.1.3P沟道沟道沟道沟道MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET5.1.45.1.45.1.45.1.4沟道长度调制效应沟道长度调制效应沟道长度调制效应沟道长度调制效应PPPP沟道耗尽型PPPP沟道PPPP沟道NNNN沟道增强型NNNN沟道NNNN沟道（耗尽型）FETFETFETFET场效应管JFETJFETJFETJFET结型MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET绝缘栅型(IGFET)(IGFET)(IGFET)(IGFET)耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型增强型增强型增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道：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：5.1.1N5.1.1N5.1.1N5.1.1N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET1.1.1.1.结构结构结构结构（（（（NNNN沟道）沟道）沟道）沟道）LLLL：沟道长度WWWW：沟道宽度ttttoxoxoxox：绝缘层厚度通常WWWWLLLL5.1.1N5.1.1N5.1.1N5.1.1N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET剖面图1.1.1.1.结构结构结构结构（（（（NNNN沟道）沟道）沟道）沟道）符号5.1.1N5.1.1N5.1.1N5.1.1N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET2.2.2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理（1111）vvvvGSGSGSGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用对沟道的控制作用对沟道的控制作用当vvvvGS≤0时无导电沟道，dddd、ssss间加电压时，也无电流产生。当0vvvvGSVT时产生电场，但未形成导电沟道（感生沟道），dddd、ssss间加电压后，没有电流产生。当vvvvGS≥VT时在电场作用下产生导电沟道，dddd、ssss间加电压后，将有电流产生。vvvvGS越大，导电沟道越厚VVTT称为开启电压称为开启电压2.2.2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理（2222）vvvvDSDSDSDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用对沟道的控制作用对沟道的控制作用→靠近漏极d处的电位升高→电场强度减小→沟道变薄当vvvvGS一定（vvvvGSVT）时，vvvvDS↑↑↑↑→iiiiD↑↑↑↑→沟道电位梯度↑↑↑↑整个沟道呈楔形分布当vvvvGS一定（vvvvGSVT）时，vvvvDS↑↑↑↑→iiiiD↑↑↑↑→沟道电位梯度↑↑↑↑当vvvvDS增加到使vvvvGD=VT时，在紧靠漏极处出现预夹断。2.2.2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理（2222）vvvvDSDSDSDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用对沟道的控制作用对沟道的控制作用在预夹断处：vvvvGD=vvvvGS-vvvvDS=VT预夹断后，vvvvDS↑↑↑↑→夹断区延长→沟道电阻↑↑↑↑→iiiiD基本不变2.2.2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理（2222）vvvvDSDSDSDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用对沟道的控制作用对沟道的控制作用2.2.2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理（3333）vvvvDSDSDSDS和和和和vvvvGSGSGSGS同时作用时同时作用时同时作用时同时作用时vvvvDS一定，vvvvGS变化时给定一个vvvvGS，就有一条不同的iiiiD––––vvvvDS曲线。3.3.3.3.VVVV----IIII特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（（（（1111）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程const.const.const.const.DSDSDSDSDDDDGSGSGSGS))))((((========vvfi①截止区当vvvvGSGSGSGS＜VVVVTTTT时，导电沟道尚未形成，iiiiDDDD＝0000，为截止工作状态。3.3.3.3.VVVV----IIII特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（（（（1111）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程const.const.const.const.DSDSDSDSDDDDGSGSGSGS))))((((========vvfi②可变电阻区vvvvDSDSDSDS≤（vvvvGSGSGSGS－VVVVTTTT）]]]]))))((((2222[[[[2222DSDSDSDSDSDSDSDSTTTTGSGSGSGSnnnnDDDDvvv−−−−−−−−====VVVVKKKKiiii由于vvvvDSDSDSDS较小，可近似为DSDSDSDSTTTTGSGSGSGSnnnnDDDD))))((((vvVKi−−−−≈≈≈≈2常数========GSGSGSGSDDDDDSDSDSDSdsodsodsodsoddddddddvviiiirrrr))))((((TTTTGSGSGSGSnnnnVK−−−−====v21rrrrdsodsodsodso是一个受vvvvGSGSGSGS控制的可变电阻3.3.3.3.VVVV----IIII特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（（（（1111）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程②可变电阻区DSDSDSDSTTTTGSGSGSGSnnnnDDDD))))((((vvVKi−−−−≈≈≈≈2))))((((TTTTGSGSGSGSnnnndsodsodsodsoVKr−−−−====v21µµµµnnnn：反型层中电子迁移率CCCCoxoxoxox：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容本征电导因子oxoxoxoxnnnnnnnnCCCCμμμμKKKK====′′′′⎟⎟⎟⎟⎠⎠⎠⎠⎞⎞⎞⎞⎜⎜⎜⎜⎝⎝⎝⎝⎛⎛⎛⎛====′′′′====••••LLLLWWWWCCCCμμμμLLLLWWWWKKKKKKKK22222222oxoxoxoxnnnnnnnnnnnn其中KKKKnnnn为电导常数，单位：mA/V23.3.3.3.VVVV----IIII特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（（（（1111）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程③饱和区（恒流区又称放大区）vvvvGSVVVVTTTT，且vvvvDS≥（vGS－VVVVTTTT）2))))((((TTTTGSGSGSGSnnnnDDDDVKi−−−−====v221))))((((TTTTGSGSGSGSTTTTnnnn−−−−====VVKv21))))((((TTTTGSGSGSGSDODODODO−−−−====VIv2TTTTnnnnDODODODOVKI====是vvvvGS＝2VVVVTTTT时的iiiiDV-I特性：3.3.3.3.VVVV----IIII特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（（（（2222）转移特性）转移特性）转移特性）转移特性const.const.const.const.GSGSGSGSDDDDDSDSDSDS))))((((========vvfi21))))((((TTTTGSGSGSGSDODODODODDDD−−−−====VIiv5.1.2N5.1.2N5.1.2N5.1.2N沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET1.1.1.1.结构和工作原理简述结构和工作原理简述结构和工作原理简述结构和工作原理简述（（（（NNNN沟道）沟道）沟道）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5.1.2N5.1.2N5.1.2N5.1.2N沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET2.2.2.2.VVVV----IIII特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程21))))((((PPPPGSGSGSGSDSSDSSDSSDSSDDDDVIiv−−−−≈≈≈≈21))))((((TTTTGSGSGSGSDODODODODDDD−−−−====VIiv（N沟道增强型）5.1.3P5.1.3P5.1.3P5.1.3P沟道沟道沟道沟道MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET5.1.45.1.45.1.45.1.4沟道长度调制效应沟道长度调制效应沟道长度调制效应沟道长度调制效应实际上饱和区的曲线并不是平坦的))))(((())))((((DSDSDSDSTTTTGSGSGSGSnnnnDDDDvvλλλλ++++−−−−====12VKi))))(((())))((((DSDSDSDSTTTTGSGSGSGSDODODODOvvλλλλ++++−−−−====112VILLLL的单位为µµµµmmmm1111VVVV1111....0000−−−−≈≈≈≈λλλλLLLL当不考虑沟道调制效应时，λλλλ＝0，曲线是平坦的。修正后5.1.5MOSFET5.1.5MOSFET5.1.5MOSFET5.1.5MOSFET的主要参数的主要参数的主要参数的主要参数一、直流参数一、直流参数一、直流参数一、直流参数NMOS增强型1.开启电压VT（增强型参数）2.夹断电压VP（耗尽型参数）3.饱和漏电流IDSS（耗尽型参数）4.直流输入电阻RGS（109Ω～1015Ω）二、交流参数二、交流参数二、交流参数二、交流参数1.输出电阻rdsGSGSGSGSDDDDDSDSDSDSdsdsdsdsVir∂∂∂∂∂∂