模拟电子学基础课件第五章优秀PPT.ppt

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1、模拟电子学基础课件第五章你现在浏览的是第一页，共70页5 5 场效应管放大电路场效应管放大电路5.1 金属金属-氧化物氧化物-半导体（半导体（MOS）场效应管）场效应管5.3 结型场效应管（结型场效应管（JFET）*5.4 砷化镓金属砷化镓金属-半导体场效应管半导体场效应管5.5 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较5.2 MOSFET放大电路放大电路你现在浏览的是第二页，共70页场效应管场效应管场效应管场效应管(FETFET)是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器是一种利用电场效应来控制

2、其电流大小的半导体器件，具有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点。件，具有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点。件，具有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点。件，具有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点。场效应管场效应管场效应管场效应管(FET)(FET)的分类：的分类：的分类：的分类：按基本结构分按基本结构分按基本结构分按基本结构分金属金属金属金属-氧化物氧化物氧化物氧化物-半导体场半导体场半导体场半导体场效应管效应管效应管效应管(MOSFET)(MOSFET)结型场效应管结型场效应管结型场效应管结型场效应管(JFET)(JFET)增强型增强型增强型增强型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型N N沟道沟

3、道沟道沟道P P沟道沟道沟道沟道N N沟道沟道沟道沟道P P沟道沟道沟道沟道N N沟道沟道沟道沟道P P沟道沟道沟道沟道你现在浏览的是第三页，共70页5.1 金属金属-氧化物氧化物-半导体半导体（MOS）场效应管）场效应管5.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET5.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET5.1.3 P沟道沟道MOSFET5.1.4 沟道长度调制效应沟道长度调制效应你现在浏览的是第四页，共70页5.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET1.1.结构结构结构结构(N沟道增强型沟道增强型)图图图图5.1.1a5.1.1a所示为

4、所示为所示为所示为N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET的结构。的结构。的结构。的结构。L L：沟道长度：沟道长度：沟道长度：沟道长度WW：沟道宽度：沟道宽度：沟道宽度：沟道宽度t toxox：绝缘层厚度：绝缘层厚度：绝缘层厚度：绝缘层厚度衬底为低掺衬底为低掺杂、电阻率杂、电阻率较高的较高的P P型型硅半导体硅半导体用扩散法在用扩散法在P P型硅上形型硅上形成两个高掺成两个高掺杂的杂的N N+区区在在P P型硅上再形型硅上再形成一层成一层S Si iO O2 2绝缘绝缘薄层薄层在绝缘层上安置一铝电在绝缘层上安置一铝电极极栅极栅极g g在两个在两个N N+区上安置

5、铝电区上安置铝电极极源极源极s s和漏极和漏极d d通常通常通常通常 WW L L栅极与源极栅极与源极和漏极均无和漏极均无电接触，故电接触，故称为称为绝缘栅绝缘栅极极。你现在浏览的是第五页，共70页图图图图5.1.1b5.1.1b和和和和c c分别为分别为分别为分别为N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET的简图和代表符号。的简图和代表符号。的简图和代表符号。的简图和代表符号。简图简图简图简图(纵剖面图纵剖面图纵剖面图纵剖面图)电路符号电路符号电路符号电路符号箭头方向代表箭头方向代表P(P(衬底衬底)指向指向N(N(沟道沟道)垂直短划线代垂直短划线代表沟道，表示表

6、沟道，表示未加适当栅压未加适当栅压前漏源间无导前漏源间无导电沟道。电沟道。你现在浏览的是第六页，共70页2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理(1)(1)v vGSGS=0=0，没有导电沟道没有导电沟道没有导电沟道没有导电沟道在图在图在图在图5.1.2a5.1.2a中，中，中，中，v vGSGS=0=0(即栅源极短接即栅源极短接即栅源极短接即栅源极短接)，此时源区、漏区和衬底形成两，此时源区、漏区和衬底形成两，此时源区、漏区和衬底形成两，此时源区、漏区和衬底形成两个背靠背的个背靠背的个背靠背的个背靠背的PNPN结。结。结。结。此时，无论此时，无论此时，无论此时，无论v vDSDS的极性，这两

7、个的极性，这两个的极性，这两个的极性，这两个PNPN结中总有结中总有结中总有结中总有一个处于反偏状态。一个处于反偏状态。一个处于反偏状态。一个处于反偏状态。当当当当源极源极源极源极s s与与与与衬底衬底衬底衬底B B相连并结电源相连并结电源相连并结电源相连并结电源V VDDDD的负极，的负极，的负极，的负极，漏极漏极漏极漏极d d接接接接V VDDDD的正极时，的正极时，的正极时，的正极时，漏极和衬底间的漏极和衬底间的漏极和衬底间的漏极和衬底间的PNPN结为反偏，从而漏区和源区间的电阻阻值很大结为反偏，从而漏区和源区间的电阻阻值很大结为反偏，从而漏区和源区间的电阻阻值很大结为反偏，从而漏区和源

8、区间的电阻阻值很大(可高达可高达可高达可高达10101212数量数量数量数量级级级级)，因此漏源区，因此漏源区，因此漏源区，因此漏源区间间间间的沟道的沟道的沟道的沟道为为为为非非非非导电导电导电导电沟道，即沟道，即沟道，即沟道，即i iD D=0=0。V VDDDD你现在浏览的是第七页，共70页(2)(2)v vGSGS V VT T，出现出现出现出现N N型导电沟道型导电沟道型导电沟道型导电沟道在图在图在图在图5.1.2b5.1.2b中，当中，当中，当中，当v vDSDS=0=0，若在，若在，若在，若在栅极栅极栅极栅极g g和和和和源源源源极极极极s s间加上正向电压间加上正向电压间加上正向

9、电压间加上正向电压V VGGGG，则形成以栅极，则形成以栅极，则形成以栅极，则形成以栅极和和和和P P型硅衬底为两极，型硅衬底为两极，型硅衬底为两极，型硅衬底为两极，S Si iOO2 2绝缘层为中绝缘层为中绝缘层为中绝缘层为中间介质的平板电容器。间介质的平板电容器。间介质的平板电容器。间介质的平板电容器。从而形成一个垂直于半导体表面，由从而形成一个垂直于半导体表面，由从而形成一个垂直于半导体表面，由从而形成一个垂直于半导体表面，由栅栅栅栅极极极极g g指向指向指向指向P P型衬底型衬底型衬底型衬底的强电场的强电场的强电场的强电场(由于绝缘层由于绝缘层由于绝缘层由于绝缘层很薄很薄很薄很薄)。由

10、于该电场的方向是排斥空穴，吸引电子，而由于该电场的方向是排斥空穴，吸引电子，而由于该电场的方向是排斥空穴，吸引电子，而由于该电场的方向是排斥空穴，吸引电子，而P P型衬底中多数载流子型衬底中多数载流子型衬底中多数载流子型衬底中多数载流子为空穴，因而衬底中接近为空穴，因而衬底中接近为空穴，因而衬底中接近为空穴，因而衬底中接近栅极栅极栅极栅极g g的空穴被排斥，衬底中的电子被吸的空穴被排斥，衬底中的电子被吸的空穴被排斥，衬底中的电子被吸的空穴被排斥，衬底中的电子被吸引到引到引到引到栅极栅极栅极栅极g g附近，从而在附近，从而在附近，从而在附近，从而在栅极栅极栅极栅极g g附近形成耗尽层。附近形成耗

11、尽层。附近形成耗尽层。附近形成耗尽层。这样当这样当这样当这样当v vGSGS达到一定数值时，就在栅极达到一定数值时，就在栅极达到一定数值时，就在栅极达到一定数值时，就在栅极g g附近的附近的附近的附近的P P型衬底表面形成一型衬底表面形成一型衬底表面形成一型衬底表面形成一个以电子为多子的个以电子为多子的个以电子为多子的个以电子为多子的N N型薄层型薄层型薄层型薄层反型层反型层反型层实际上组成了一反型层实际上组成了一个个源极源极s s和和漏极漏极d d间的间的N N型型导电沟道，由于它是由导电沟道，由于它是由v vGSGS感应产生的，又被称感应产生的，又被称为为感生沟道感生沟道。显然显然显然显然

12、v vGSGS 反型层反型层反型层反型层厚度厚度厚度厚度 感生沟道电阻值感生沟道电阻值感生沟道电阻值感生沟道电阻值 你现在浏览的是第八页，共70页因此，感生沟道的出现，实际上将原来被因此，感生沟道的出现，实际上将原来被因此，感生沟道的出现，实际上将原来被因此，感生沟道的出现，实际上将原来被P P型衬底隔开的型衬底隔开的型衬底隔开的型衬底隔开的源区源区源区源区和和和和漏区漏区漏区漏区连通，一旦连通，一旦连通，一旦连通，一旦v vDSDS00，则将有漏极电流，则将有漏极电流，则将有漏极电流，则将有漏极电流i iD D产生。产生。产生。产生。这种在这种在这种在这种在v vGSGS=0=0时无导电沟道

13、，而必须依靠时无导电沟道，而必须依靠时无导电沟道，而必须依靠时无导电沟道，而必须依靠v vGSGS的作用才能形成感的作用才能形成感的作用才能形成感的作用才能形成感生沟道的生沟道的生沟道的生沟道的FETFET称为称为称为称为增强型增强型增强型增强型FETFET开启电压开启电压开启电压开启电压V VT T：是指在漏源电压是指在漏源电压是指在漏源电压是指在漏源电压v vDSDS作用下开始导电时的栅源电作用下开始导电时的栅源电作用下开始导电时的栅源电作用下开始导电时的栅源电压压压压v vGSGS。显然，当显然，当显然，当显然，当v vGSGS VVT T时：时：时：时：外加较小外加较小外加较小外加较小

14、v vDSDS时，漏极电流时，漏极电流时，漏极电流时，漏极电流i iD D将随将随将随将随v vDSDS的的的的上升迅速增大；上升迅速增大；上升迅速增大；上升迅速增大；随着随着随着随着v vDSDS的上升，由于感生沟道内存在电的上升，由于感生沟道内存在电的上升，由于感生沟道内存在电的上升，由于感生沟道内存在电位梯度，造成沟道厚度并不均匀：位梯度，造成沟道厚度并不均匀：位梯度，造成沟道厚度并不均匀：位梯度，造成沟道厚度并不均匀：源极源极源极源极s s漏极漏极漏极漏极d d厚度厚度厚度厚度 你现在浏览的是第九页，共70页当当当当v vDSDS增大到一定程度增大到一定程度增大到一定程度增大到一定程度

15、(v vGDGD=v vGSGS v vDSDS=V VT T)时，靠近漏极时，靠近漏极时，靠近漏极时，靠近漏极d d的反型层的反型层的反型层的反型层消失，消失，消失，消失，v vDSDS继续增大将形成夹断区，夹断点向源极继续增大将形成夹断区，夹断点向源极继续增大将形成夹断区，夹断点向源极继续增大将形成夹断区，夹断点向源极s s方向移动。方向移动。方向移动。方向移动。如图如图如图如图5.1.2d5.1.2d所示。所示。所示。所示。注意：注意：注意：注意：虽然沟道出现夹断，但夹断区虽然沟道出现夹断，但夹断区虽然沟道出现夹断，但夹断区虽然沟道出现夹断，但夹断区(反型层消反型层消反型层消反型层消失后

16、的耗尽区失后的耗尽区失后的耗尽区失后的耗尽区)内仍可有电流通过，只有内仍可有电流通过，只有内仍可有电流通过，只有内仍可有电流通过，只有将沟道全部夹断，才能使将沟道全部夹断，才能使将沟道全部夹断，才能使将沟道全部夹断，才能使i iD D=0=0。由于当由于当由于当由于当v vDSDS继续增加，夹断点向源极继续增加，夹断点向源极继续增加，夹断点向源极继续增加，夹断点向源极s s方向移动，因此夹断区增大，从方向移动，因此夹断区增大，从方向移动，因此夹断区增大，从方向移动，因此夹断区增大，从而导电沟道电阻增大，因而而导电沟道电阻增大，因而而导电沟道电阻增大，因而而导电沟道电阻增大，因而i iD D基本

17、不变，即基本不变，即基本不变，即基本不变，即i iD D趋于饱和。趋于饱和。趋于饱和。趋于饱和。你现在浏览的是第十页，共70页从输出特性曲线上看，这三个区域分为从输出特性曲线上看，这三个区域分为从输出特性曲线上看，这三个区域分为从输出特性曲线上看，这三个区域分为截止区截止区截止区截止区、可变电阻区可变电阻区可变电阻区可变电阻区和和和和饱和区饱和区饱和区饱和区，如图，如图，如图，如图5.1.3a5.1.3a所示。所示。所示。所示。截止区：截止区：截止区：截止区：可变电阻区：可变电阻区：可变电阻区：可变电阻区：i iD D随随随随v vDSDS增加增加增加增加迅速上升迅速上升迅速上升迅速上升饱和区

18、：饱和区：饱和区：饱和区：i iD D基本不变，趋于饱和基本不变，趋于饱和基本不变，趋于饱和基本不变，趋于饱和预夹断：预夹断：预夹断：预夹断：由可变电阻区进入饱和区时的夹断状况，其临界条件为由可变电阻区进入饱和区时的夹断状况，其临界条件为由可变电阻区进入饱和区时的夹断状况，其临界条件为由可变电阻区进入饱和区时的夹断状况，其临界条件为或或或或你现在浏览的是第十一页，共70页3.V-I特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程(1)(1)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MOSFETMOSFET的输出特性：在栅源电压的输出特性：在

19、栅源电压的输出特性：在栅源电压的输出特性：在栅源电压v vGSGS一定时，漏极电流一定时，漏极电流一定时，漏极电流一定时，漏极电流i iD D与漏源与漏源与漏源与漏源电压电压电压电压v vDSDS间的关系。间的关系。间的关系。间的关系。图图图图5.1.3b5.1.3b所示为所示为所示为所示为N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOS管的完整输出特性。管的完整输出特性。管的完整输出特性。管的完整输出特性。根据预夹断的临界条件：根据预夹断的临界条件：根据预夹断的临界条件：根据预夹断的临界条件：可画出预夹断轨迹，如图中可画出预夹断轨迹，如图中可画出预夹断轨迹，如图中可画出预夹断轨迹，

20、如图中虚线所示。虚线所示。虚线所示。虚线所示。下面对这三个区域进行讨论。下面对这三个区域进行讨论。下面对这三个区域进行讨论。下面对这三个区域进行讨论。你现在浏览的是第十二页，共70页 截止区截止区截止区截止区当当当当v vGSGSV VT T时，导电沟道尚未形成，时，导电沟道尚未形成，时，导电沟道尚未形成，时，导电沟道尚未形成，i iD D0 0，为截止工作状态。，为截止工作状态。，为截止工作状态。，为截止工作状态。可变电阻区可变电阻区可变电阻区可变电阻区其中其中其中其中式中：式中：式中：式中：n n 反型层中电子迁移率反型层中电子迁移率反型层中电子迁移率反型层中电子迁移率C Coxox 栅极

21、栅极栅极栅极(与衬底间与衬底间与衬底间与衬底间)氧化层单位面积电容氧化层单位面积电容氧化层单位面积电容氧化层单位面积电容本征电导因子本征电导因子本征电导因子本征电导因子K Kn n电导常数，单位：电导常数，单位：电导常数，单位：电导常数，单位：mA/VmA/V2 2你现在浏览的是第十三页，共70页在特性曲线原点附近，由于在特性曲线原点附近，由于在特性曲线原点附近，由于在特性曲线原点附近，由于v vDSDS很小，因此可将很小，因此可将很小，因此可将很小，因此可将i iD D写成：写成：写成：写成：由此可求出当由此可求出当由此可求出当由此可求出当v vGSGS一定时，在可变电阻区，原点附近的输出电

22、一定时，在可变电阻区，原点附近的输出电一定时，在可变电阻区，原点附近的输出电一定时，在可变电阻区，原点附近的输出电阻阻阻阻r rdsodso为为为为该式表明该式表明该式表明该式表明r rdsodso为为为为一个受一个受一个受一个受v vGSGS控制的控制的控制的控制的可变电阻可变电阻可变电阻可变电阻 饱和区饱和区饱和区饱和区(恒流区又称放大区恒流区又称放大区恒流区又称放大区恒流区又称放大区)且且且且进入饱和区进入饱和区进入饱和区进入饱和区由于在饱和区，可近似看成由于在饱和区，可近似看成由于在饱和区，可近似看成由于在饱和区，可近似看成i iD D不随不随不随不随v vDSDS变化，因此可用预夹断

23、点对变化，因此可用预夹断点对变化，因此可用预夹断点对变化，因此可用预夹断点对应的应的应的应的i iD D来表示。来表示。来表示。来表示。即即即即式中式中式中式中为为vGS2VT时时预夹断点对应的预夹断点对应的预夹断点对应的预夹断点对应的的的iD你现在浏览的是第十四页，共70页(2)(2)转移特性转移特性转移特性转移特性由前面的分析可知，由前面的分析可知，由前面的分析可知，由前面的分析可知，FETFET为电压控制器件，即在工作时，栅为电压控制器件，即在工作时，栅为电压控制器件，即在工作时，栅为电压控制器件，即在工作时，栅极输入端极输入端极输入端极输入端g g基本上无电流，因而讨论其输入特性没有意

24、义。基本上无电流，因而讨论其输入特性没有意义。基本上无电流，因而讨论其输入特性没有意义。基本上无电流，因而讨论其输入特性没有意义。这里用所谓的这里用所谓的这里用所谓的这里用所谓的转移特性转移特性转移特性转移特性，来表征在漏源电压，来表征在漏源电压，来表征在漏源电压，来表征在漏源电压v vDSDS一定时，栅源电压一定时，栅源电压一定时，栅源电压一定时，栅源电压v vGSGS对漏极电流对漏极电流对漏极电流对漏极电流i iD D的控制特性，即：的控制特性，即：的控制特性，即：的控制特性，即：转移特性曲线可以从输出特性曲线上，用作图法而得：转移特性曲线可以从输出特性曲线上，用作图法而得：转移特性曲线可

25、以从输出特性曲线上，用作图法而得：转移特性曲线可以从输出特性曲线上，用作图法而得：你现在浏览的是第十五页，共70页例例例例5.1.1 5.1.1 设设设设N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOS管的参数为管的参数为管的参数为管的参数为V VT T=0.75V=0.75V，WW=30=30 mm，L L=3=3 mm，n n=650cm=650cm2 2/V/V s s，C Coxox=76.7=76.7 1010-9-9F/cmF/cm2 2，且，且，且，且v vGSGS=2V=2VT T，MOSFETMOSFET工作在饱和区。试计算此时场效应管的工作电流工作在饱和区。试计算

26、此时场效应管的工作电流工作在饱和区。试计算此时场效应管的工作电流工作在饱和区。试计算此时场效应管的工作电流i iD D。解：解：解：解：当当当当v vGSGS=2=2V VT T时，有时，有时，有时，有你现在浏览的是第十六页，共70页5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET1.结构和工作原理简述结构和工作原理简述N N沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET(DMOSFET(D型型型型NMOSNMOS管管管管)的结构与增强型基本相同，的结构与增强型基本相同，的结构与增强型基本相同，的结构与增强型基本相同，如图如图如图如图5.1.5a5.1.5a所示。所示。所示。所示。不同之处

27、：不同之处：不同之处：不同之处：二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子即使在即使在即使在即使在v vGSGS=0=0时，也能在源区和漏区间时，也能在源区和漏区间时，也能在源区和漏区间时，也能在源区和漏区间形成形成形成形成N N型沟道，将这两区连通。型沟道，将这两区连通。型沟道，将这两区连通。型沟道，将这两区连通。图图图图5.1.5b5.1.5b为其电路符号，注意与增强型为其电路符号，注意与增强型为其电路符号，注意与增强型为其电路符号，注意与增强型符号的差别。符号的差别。符号的差别。符号的差别。因此，对因此

28、，对因此，对因此，对N N沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET而言，在而言，在而言，在而言，在v vGSGS=0=0时，在正时，在正时，在正时，在正v vDSDS的作用下，仍有较大的漏极电流的作用下，仍有较大的漏极电流的作用下，仍有较大的漏极电流的作用下，仍有较大的漏极电流i iD D产生。产生。产生。产生。你现在浏览的是第十七页，共70页当当当当v vGSGS00时，由于绝缘层的存在，不会产生栅极电流时，由于绝缘层的存在，不会产生栅极电流时，由于绝缘层的存在，不会产生栅极电流时，由于绝缘层的存在，不会产生栅极电流i iGG，而，而，而，而v vGSGS00吸引更多

29、电子吸引更多电子吸引更多电子吸引更多电子进入导电沟道进入导电沟道进入导电沟道进入导电沟道使沟道使沟道使沟道使沟道变宽变宽变宽变宽i iD D增大增大增大增大当当当当v vGSGS00时，由于沟道内感应电子减少，沟道变窄，从而时，由于沟道内感应电子减少，沟道变窄，从而时，由于沟道内感应电子减少，沟道变窄，从而时，由于沟道内感应电子减少，沟道变窄，从而i iD D减小；当减小；当减小；当减小；当v vGSGS为负电压到达某值时，沟道完全被夹断，此时漏极电流为负电压到达某值时，沟道完全被夹断，此时漏极电流为负电压到达某值时，沟道完全被夹断，此时漏极电流为负电压到达某值时，沟道完全被夹断，此时漏极电流

30、i iD D=0=0，此时的，此时的，此时的，此时的v vGSGS称为称为称为称为夹断夹断夹断夹断(截止截止截止截止)电压电压电压电压V VP P。可见，可见，N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET可在可在正负正负v vGSGS下工作，而且基本下工作，而且基本无栅极电流无栅极电流i iG G，这是耗尽型，这是耗尽型MOSFETMOSFET的重要特点之一。的重要特点之一。你现在浏览的是第十八页，共70页2.V-I I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程N N沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET的输出特性和转移特性如图的输出特性和转移特性如图的

31、输出特性和转移特性如图的输出特性和转移特性如图5.1.6a5.1.6a和和和和b b所示。所示。所示。所示。耗尽型的夹断电压为耗尽型的夹断电压为耗尽型的夹断电压为耗尽型的夹断电压为V VP P0 V VT T，因此，因此，因此，因此NMOSNMOS管工作在可变电阻区或饱和区。管工作在可变电阻区或饱和区。管工作在可变电阻区或饱和区。管工作在可变电阻区或饱和区。假设工作在饱和区，则有假设工作在饱和区，则有假设工作在饱和区，则有假设工作在饱和区，则有满足满足满足满足假设成立，结果即为所求。假设成立，结果即为所求。假设成立，结果即为所求。假设成立，结果即为所求。你现在浏览的是第三十一页，共70页N N

32、沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOS管电路直流计算步骤如下管电路直流计算步骤如下管电路直流计算步骤如下管电路直流计算步骤如下：设设设设MOSMOS管工作在饱和区，则需符合下列条件：管工作在饱和区，则需符合下列条件：管工作在饱和区，则需符合下列条件：管工作在饱和区，则需符合下列条件：利用饱和区的电流利用饱和区的电流利用饱和区的电流利用饱和区的电流 电压关系曲线分析电路；电压关系曲线分析电路；电压关系曲线分析电路；电压关系曲线分析电路；若若若若V VGSQGSQ V VT T，则，则，则，则MOSMOS管可能截止；若管可能截止；若管可能截止；若管可能截止；若V VDSQDSQ(V

33、VT T，V VDDDD足够大使足够大使足够大使足够大使MOSMOS管工作在饱和区。管工作在饱和区。管工作在饱和区。管工作在饱和区。R Rd d的作用：的作用：的作用：的作用：将漏极电流将漏极电流将漏极电流将漏极电流i iD D的变化，转换成电压的变化，转换成电压的变化，转换成电压的变化，转换成电压v vDSDS的变化，从的变化，从的变化，从的变化，从而实现电压放大。而实现电压放大。而实现电压放大。而实现电压放大。由该电路可知：由该电路可知：由该电路可知：由该电路可知：静态栅源电压为静态栅源电压为静态栅源电压为静态栅源电压为(v vi i=0=0)你现在浏览的是第三十五页，共70页由此可根据由

34、此可根据由此可根据由此可根据v vDSDS=V VDDDD i iD DR Rd d，在，在，在，在MOSMOS管的输出特性曲线上作出负载管的输出特性曲线上作出负载管的输出特性曲线上作出负载管的输出特性曲线上作出负载线，如图线，如图线，如图线，如图5.2.55.2.5所示。所示。所示。所示。负载线与负载线与负载线与负载线与v vGSGS=V VGGGG对应的那对应的那对应的那对应的那条曲线的交点即为该电路条曲线的交点即为该电路条曲线的交点即为该电路条曲线的交点即为该电路的静态工作点的静态工作点的静态工作点的静态工作点QQ。当当当当v vi i00时，则有：时，则有：时，则有：时，则有：v vg

35、sgs为加在栅源为加在栅源上的电压变化上的电压变化量量相应地有相应地有相应地有相应地有通常通常通常通常v vdsdsv vgsgs=v vi i，从而实现了电压放，从而实现了电压放，从而实现了电压放，从而实现了电压放大。大。大。大。注意该电路由注意该电路由于负载开路，于负载开路，因而交流和直因而交流和直流负载线相同。流负载线相同。你现在浏览的是第三十六页，共70页3.小信号模型分析小信号模型分析对小信号而言，对小信号而言，对小信号而言，对小信号而言，MOSMOS管工作在饱和区时，与管工作在饱和区时，与管工作在饱和区时，与管工作在饱和区时，与BJTBJT一样可看作一双端一样可看作一双端一样可看作

36、一双端一样可看作一双端口网络，即口网络，即口网络，即口网络，即栅源极栅源极栅源极栅源极看成看成看成看成输入口输入口输入口输入口，漏源极漏源极漏源极漏源极看成看成看成看成输出口输出口输出口输出口。但需注意，以增强型但需注意，以增强型但需注意，以增强型但需注意，以增强型NMOSNMOS为例，其栅极电流为零，栅源间为例，其栅极电流为零，栅源间为例，其栅极电流为零，栅源间为例，其栅极电流为零，栅源间只有电压只有电压只有电压只有电压v vGSGS存在。存在。存在。存在。假设在饱和区，假设在饱和区，假设在饱和区，假设在饱和区，i iD D不随不随不随不随v vDSDS变化，则饱和区的漏极电流为：变化，则饱

37、和区的漏极电流为：变化，则饱和区的漏极电流为：变化，则饱和区的漏极电流为：静态漏静态漏极电流极电流漏极信漏极信号电流号电流非线性非线性失真项失真项为避免信号失真，要求式中第三项远小于第二项，即为避免信号失真，要求式中第三项远小于第二项，即为避免信号失真，要求式中第三项远小于第二项，即为避免信号失真，要求式中第三项远小于第二项，即该式为线性该式为线性MOSMOS放放大电路必须满足的大电路必须满足的小信号条件小信号条件忽略第三项，可得忽略第三项，可得忽略第三项，可得忽略第三项，可得你现在浏览的是第三十七页，共70页NMOSNMOS管管管管i iGG=0=0，栅，栅，栅，栅源间可看成开路源间可看成开

38、路源间可看成开路源间可看成开路共源极共源极共源极共源极NMOSNMOS管低频小信号模型建立：管低频小信号模型建立：管低频小信号模型建立：管低频小信号模型建立：共源极共源极共源极共源极NMOSNMOS管高频小信号模型建立：管高频小信号模型建立：管高频小信号模型建立：管高频小信号模型建立：源极与衬底源极与衬底源极与衬底源极与衬底相连相连相连相连V Vbsbs=0=0你现在浏览的是第三十八页，共70页例例例例5.2.4 5.2.4 电路如图电路如图电路如图电路如图5.2.45.2.4所示，设所示，设所示，设所示，设V VDDDD=5V=5V，R Rd d=3.9k=3.9k，V VGSGS=2V=2

39、V。场场场场效效效效应应应应管的参数管的参数管的参数管的参数为为为为V VT T=1V=1V，K Kn n=0.8mA/V=0.8mA/V2 2，=0.02V=0.02V 1 1。当。当。当。当MOSMOS管工作管工作管工作管工作于于于于饱饱饱饱和区，和区，和区，和区，试试试试确定确定确定确定电电电电路的小信号路的小信号路的小信号路的小信号电压电压电压电压增益。增益。增益。增益。解：解：解：解：(1)(1)求静态值求静态值求静态值求静态值由于由于由于由于V VGSGS V VT T=1V=1VV VDSDS，因此，因此，因此，因此MOSMOS管确实工作管确实工作管确实工作管确实工作与饱和区。与

40、饱和区。与饱和区。与饱和区。(2)(2)求求求求FETFET的互导和输出电阻的互导和输出电阻的互导和输出电阻的互导和输出电阻(3)(3)求电压增益求电压增益求电压增益求电压增益由小信号电路可得由小信号电路可得由小信号电路可得由小信号电路可得故故故故可见与可见与BJTBJT放大电路相放大电路相比，比，MOSMOS管放大电路的管放大电路的电压增益较低。另外共电压增益较低。另外共源电路也属倒相电压放源电路也属倒相电压放大电路。大电路。你现在浏览的是第三十九页，共70页例例例例5.2.5 5.2.5 电路如图电路如图电路如图电路如图5.2.25.2.2所示，所示，所示，所示，MOSMOS管的参数管的参

41、数管的参数管的参数为为为为V VT T=1V=1V，K Kn n=0.05A/V=0.05A/V2 2,=0=0。电路参数为电路参数为电路参数为电路参数为V VDDDD=5V=5V,V VSSSS=5V5V，R Rd d=10k=10k，R R=0.5k=0.5k，R Rg1g1=150k=150k，R Rg2g2=47k=47k，R RS S=4k=4k。试试试试确定确定确定确定电电电电路的路的路的路的电电电电压压压压增益、源增益、源增益、源增益、源电压电压电压电压增益、增益、增益、增益、输输输输入入入入电电电电阻和阻和阻和阻和输输输输出出出出电电电电阻。阻。阻。阻。解：解：解：解：例例例例

42、5.2.25.2.2的直流分析已求得的直流分析已求得的直流分析已求得的直流分析已求得从而可求得小信号低频互导为从而可求得小信号低频互导为从而可求得小信号低频互导为从而可求得小信号低频互导为由由由由由此可画出该电路的小信号模由此可画出该电路的小信号模由此可画出该电路的小信号模由此可画出该电路的小信号模型电路如图型电路如图型电路如图型电路如图5.2.95.2.9所示。所示。所示。所示。你现在浏览的是第四十页，共70页由小信号模型电路可得：由小信号模型电路可得：由小信号模型电路可得：由小信号模型电路可得：故电压增益为：故电压增益为：故电压增益为：故电压增益为：输入电阻为输入电阻为输入电阻为输入电阻为

43、输出电阻为输出电阻为输出电阻为输出电阻为源电压增益为源电压增益为源电压增益为源电压增益为你现在浏览的是第四十一页，共70页例例例例5.2.6 5.2.6 电路如图电路如图电路如图电路如图5.2.10a5.2.10a所示，设耦合电容对信号频率可视为所示，设耦合电容对信号频率可视为所示，设耦合电容对信号频率可视为所示，设耦合电容对信号频率可视为交流短路，场效应管工作在饱和区，交流短路，场效应管工作在饱和区，交流短路，场效应管工作在饱和区，交流短路，场效应管工作在饱和区，r rdsds很大，可忽略。试画出很大，可忽略。试画出很大，可忽略。试画出很大，可忽略。试画出其小信号等效电路，求其输入电阻、小信

44、号电压增益、源电压小其小信号等效电路，求其输入电阻、小信号电压增益、源电压小其小信号等效电路，求其输入电阻、小信号电压增益、源电压小其小信号等效电路，求其输入电阻、小信号电压增益、源电压小信号电压增益和输出电阻。信号电压增益和输出电阻。信号电压增益和输出电阻。信号电压增益和输出电阻。解：解：解：解：由电路图可画出如图由电路图可画出如图由电路图可画出如图由电路图可画出如图5.2.10b5.2.10b所示的小信所示的小信所示的小信所示的小信号等效电路。号等效电路。号等效电路。号等效电路。显然，这是一个共漏极放大电路。显然，这是一个共漏极放大电路。显然，这是一个共漏极放大电路。显然，这是一个共漏极放

45、大电路。由小信号等效电路可得：由小信号等效电路可得：由小信号等效电路可得：由小信号等效电路可得：你现在浏览的是第四十二页，共70页由上面分析结果可得：由上面分析结果可得：由上面分析结果可得：由上面分析结果可得：以上两式表明，共漏极放大电路的电压增益以上两式表明，共漏极放大电路的电压增益以上两式表明，共漏极放大电路的电压增益以上两式表明，共漏极放大电路的电压增益11，但接近于，但接近于，但接近于，但接近于1 1，这与，这与，这与，这与BJTBJT射极跟随器一样，因此又称为射极跟随器一样，因此又称为射极跟随器一样，因此又称为射极跟随器一样，因此又称为源极跟随器源极跟随器源极跟随器源极跟随器。你现在

46、浏览的是第四十三页，共70页求输出电阻的方法与求输出电阻的方法与求输出电阻的方法与求输出电阻的方法与BJTBJT电路类似，如图电路类似，如图电路类似，如图电路类似，如图5.2.115.2.11所示。所示。所示。所示。由图中可得：由图中可得：由图中可得：由图中可得：从而有从而有从而有从而有故故故故你现在浏览的是第四十四页，共70页5.3 结型场效应管结型场效应管 5.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 5.3.3 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你现在浏览的是第四十五页，共70页与源极与源极与源极与源

47、极s s和漏极和漏极和漏极和漏极d d相连的相连的相连的相连的N N+区，是通过光刻和扩散等工艺完成的区，是通过光刻和扩散等工艺完成的区，是通过光刻和扩散等工艺完成的区，是通过光刻和扩散等工艺完成的隐埋层，其作用是向源极和漏极提供低阻通路。隐埋层，其作用是向源极和漏极提供低阻通路。隐埋层，其作用是向源极和漏极提供低阻通路。隐埋层，其作用是向源极和漏极提供低阻通路。显然，与耗尽型显然，与耗尽型显然，与耗尽型显然，与耗尽型MOSFETMOSFET相似，相似，相似，相似，JFETJFET的导电沟道是不依赖的导电沟道是不依赖的导电沟道是不依赖的导电沟道是不依赖于外加电压而存在的。于外加电压而存在的。于

48、外加电压而存在的。于外加电压而存在的。5.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理1.结构结构如图如图如图如图5.3.1c5.3.1c所示为所示为所示为所示为N N沟道沟道沟道沟道JFETJFET的实际结构剖面图。的实际结构剖面图。的实际结构剖面图。的实际结构剖面图。在一块在一块N N型半导体型半导体两边扩散高掺杂两边扩散高掺杂的的P P型区型区(P P+)在两个在两个P+P+型区型区引出两个欧姆引出两个欧姆接触电极并连接触电极并连在一起作为在一起作为栅栅极极g g形成两形成两个个PNPN结结两个两个PNPN结中结中间的间的N N型区型区域为域为导电沟导电沟道道在在N N型本体材料的两

49、端各型本体材料的两端各引出一个欧姆接触电极引出一个欧姆接触电极作为作为源极源极s s和和漏极漏极d d你现在浏览的是第四十六页，共70页图图图图5.3.1a5.3.1a和和和和b b分别为分别为分别为分别为N N沟道沟道沟道沟道JFETJFET的结构示意图和电路符号。的结构示意图和电路符号。的结构示意图和电路符号。的结构示意图和电路符号。符符号号中中的的箭箭头头方方向向表表示示栅栅极极正正偏偏，栅栅极极电电流流方方向由向由P P指向指向N N图图图图5.3.25.3.2所示为所示为所示为所示为P P沟道沟道沟道沟道JFETJFET的结构示意图和电路符号。的结构示意图和电路符号。的结构示意图和电

50、路符号。的结构示意图和电路符号。你现在浏览的是第四十七页，共70页2.工作原理工作原理(以以N沟道沟道JFET为例为例)由于由于由于由于JFETJFET的导电沟道的存在与耗尽型的导电沟道的存在与耗尽型的导电沟道的存在与耗尽型的导电沟道的存在与耗尽型MOSFETMOSFET相似，因此这两相似，因此这两相似，因此这两相似，因此这两者的工作原理也相似。者的工作原理也相似。者的工作原理也相似。者的工作原理也相似。N N沟道沟道沟道沟道JFETJFET工作时，在栅源极间需加一负电压工作时，在栅源极间需加一负电压工作时，在栅源极间需加一负电压工作时，在栅源极间需加一负电压(v vGSGS000)，使导电沟