1、 場效應(yīng)管是另一種具有正向受控作用的半導(dǎo)體器場效應(yīng)管是另一種具有正向受控作用的半導(dǎo)體器件。它件。它比比BJTBJT體積小、工藝簡單，器件特性便于控制，體積小、工藝簡單，器件特性便于控制，是目前制造大規(guī)模集成電路的主要有源器件。是目前制造大規(guī)模集成電路的主要有源器件。 場效應(yīng)管輸入電阻遠(yuǎn)大于三極管輸入電阻。場效應(yīng)管輸入電阻遠(yuǎn)大于三極管輸入電阻。三極管三極管不高，在許多場合不能滿足要求。不高，在許多場合不能滿足要求。 場效應(yīng)管是單極型器件（三極管是雙極型器件）。場效應(yīng)管是單極型器件（三極管是雙極型器件）。FETFET靠半導(dǎo)體中的靠半導(dǎo)體中的，又稱單極型晶體管，又稱單極型晶體管。三極管是三極管是兩種

2、兩種 FETFET優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：輸入電阻大（輸入電阻大（10107 710101212）、）、噪音低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪音低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、體積小、體積小、工藝簡單，便于集成，因此應(yīng)用廣泛。工藝簡單，便于集成，因此應(yīng)用廣泛。主要用于高輸入阻抗放大器的輸入級。主要用于高輸入阻抗放大器的輸入級。 場效應(yīng)管場效應(yīng)管：壓控：壓控電流源器件（電流源器件（ID=gmVGS）。）。三極管：流控三極管：流控電流源器件（電流源器件（IC= IB ）。FETFET利用輸入回路的利用輸入回路的壓壓（來控制輸出回來控制輸出回路電流的器件，故此命名。路電流的器件，故此命名。P溝道（溝道（P-EMOS

3、） N溝道（溝道（N-EMOS） P溝道（溝道（P-DMOS） N溝道（溝道（N-DMOS） 增強(qiáng)型（增強(qiáng)型（E） 耗盡型（耗盡型（D） N- -MOS管與管與P- -MOS管工作原理相似，不同之管工作原理相似，不同之處僅在于處僅在于它們形成電流的載流子性質(zhì)不同，因此，它們形成電流的載流子性質(zhì)不同，因此，導(dǎo)致加在各極上的電壓極性相反導(dǎo)致加在各極上的電壓極性相反。 JFET結(jié)型結(jié)型N溝道溝道P溝道溝道N-JFETP-JFET金屬氧化物場效應(yīng)管金屬氧化物場效應(yīng)管（IGFET絕緣柵型）絕緣柵型）N+N+P+P+PUSGDN N溝道溝道q N-EMOS FET結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖源極源極漏極漏極襯底極

4、襯底極 SiO2絕緣層絕緣層金屬柵極金屬柵極P P型硅型硅 襯底襯底SGUD電路符號電路符號l溝道長度溝道長度W溝道溝道寬度寬度MOSMOS管管外部工作條件外部工作條件: :兩個(gè)兩個(gè)PNPN結(jié)反偏。結(jié)反偏。N-EMOSN-EMOS管為：管為： VDS 0 ( (保證柵漏保證柵漏PN結(jié)反偏結(jié)反偏) )。 U接電路最低電位或與接電路最低電位或與S極相連極相連( (保證源襯保證源襯PN結(jié)反偏結(jié)反偏) )。 VGS 0 ( (形成導(dǎo)電溝道形成導(dǎo)電溝道) )。1 1、由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為、由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬金屬- -氧化物氧化物- -半半導(dǎo)體場效應(yīng)管導(dǎo)體場效應(yīng)管(M-O-S

5、)(M-O-S)。2、柵極有、柵極有SiO2絕緣層絕緣層，或簡稱，或簡稱 I-G-FET場效應(yīng)管。場效應(yīng)管。 3.1.1 N3.1.1 N溝道增強(qiáng)型（溝道增強(qiáng)型（EMOSEMOS）管）管 MOS管襯底一般與源極相連使用；管襯底一般與源極相連使用； 柵極和襯底間形成電容。柵極和襯底間形成電容。一一. 工作原理工作原理 1、溝道形成原理。溝道形成原理。(1)(1)設(shè)設(shè)VDS =0，當(dāng)當(dāng)VGS=0時(shí)，時(shí)，iD=0。圖圖(a)(a) 3.1 3.1 絕緣柵型場效應(yīng)管（絕緣柵型場效應(yīng)管（MOSMOS管）管）柵柵 襯之間襯之間相當(dāng)于以相當(dāng)于以SiO2為介質(zhì)的平板電容器。為介質(zhì)的平板電容器。 (2)當(dāng)當(dāng)VG

6、S0時(shí)，時(shí)，VGS對對溝道溝道導(dǎo)電能力的控制作導(dǎo)電能力的控制作用。用。圖圖(b)(b) 若若VGS0（正柵源電壓）（正柵源電壓）耗盡層，耗盡層，如圖如圖(b)所示。所示。 VGS反型層加厚反型層加厚溝道電阻變小。溝道電阻變小。 當(dāng)當(dāng)VGS耗盡層加寬耗盡層加寬反型層反型層N型型導(dǎo)電溝道，導(dǎo)電溝道，如如圖圖(C)所示。所示。反型層反型層VGS越大，反型層中越大，反型層中n 越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。2、當(dāng)、當(dāng)VGSVGS(th)且一定時(shí)，且一定時(shí)，VDS對對溝道導(dǎo)電能力溝道導(dǎo)電能力i iD D的的影響。影響。圖圖(d)(d) V VDSGSGDVVV （假設(shè)（假設(shè)V VGSGS V

7、VGS(thGS(th) ) 且保持不變）且保持不變）講講P104 VDG VGS(th) V DS VGS(th) V DS VGSVGS(th) 考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)(CLME)(CLME)，輸出特性曲線隨，輸出特性曲線隨VDS的增加略有上翹。的增加略有上翹。注意：飽和區(qū)（又稱有源區(qū)）對應(yīng)三極管放大區(qū)。注意：飽和區(qū)（又稱有源區(qū)）對應(yīng)三極管放大區(qū)。數(shù)學(xué)模型：數(shù)學(xué)模型：工作在飽和區(qū)時(shí)，工作在飽和區(qū)時(shí)，MOSMOS管的正向受控作管的正向受控作用，服從平方律關(guān)系式：用，服從平方律關(guān)系式：若考慮若考慮CLME，則，則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： 稱稱溝道長度調(diào)制系數(shù)，其值與溝道長度調(diào)制系數(shù)，其值與l 有關(guān)。有關(guān)。通常通常 =( 0.005 0.03 )V- -1（3-1-7）（3-1-8）2GS(th)GSDSSD1VVIi飽和漏極電流飽和漏極電流q 3 3、截止區(qū)、截止區(qū)特點(diǎn)：特點(diǎn)：相當(dāng)于相當(dāng)于MOS管三個(gè)電極斷開。管三個(gè)電極斷開。 ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =5V3.5V4V4.5V溝道未形成時(shí)的工作區(qū)溝道未形成時(shí)的工作區(qū)條件：條件： VGS VGS(th) ID=

9、0=0以下的工作區(qū)域。以下的工作區(qū)域。IG0，ID0q 4 4、擊穿區(qū)擊穿區(qū) VDS增大增大到一定值時(shí)到一定值時(shí)漏襯漏襯PN結(jié)雪崩擊穿結(jié)雪崩擊穿 ID劇增。劇增。 VDS溝道溝道 l 對于對于l 較小的較小的MOS管管穿通擊穿。穿通擊穿。V VDSDS過大時(shí)過大時(shí) MOSMOS管管C COXOX很小，當(dāng)帶電物體（很小，當(dāng)帶電物體（烙鐵烙鐵或人或人）靠近）靠近金屬柵極時(shí)金屬柵極時(shí)Q Q大大，感生電荷在，感生電荷在SiOSiO2 2絕緣層中將產(chǎn)生很絕緣層中將產(chǎn)生很大的電壓大的電壓V VGSGS(=Q/(=Q/C COXOX) )，使，使絕緣層絕緣層擊穿，造成擊穿，造成MOSMOS管永管永久性損壞久

10、性損壞。MOS管保護(hù)措施：管保護(hù)措施：分立的分立的MOS管：管：各極引線短接、烙鐵外殼接地。各極引線短接、烙鐵外殼接地。MOS集成電路：集成電路：TD2D1D1 與與D2：(1)限制限制VGS間間最大電壓。最大電壓。（2）對感）對感 生電荷起旁生電荷起旁路作用。路作用。 NEMOS管轉(zhuǎn)移特性曲線管轉(zhuǎn)移特性曲線VGS(th) = 3VVDS = 5V 轉(zhuǎn)移特性曲線反映轉(zhuǎn)移特性曲線反映VDS為常數(shù)時(shí)，為常數(shù)時(shí)，VGS對對ID的控的控制作用制作用, ,可由輸出特性轉(zhuǎn)換得到?？捎奢敵鎏匦赞D(zhuǎn)換得到。 ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =5V3.5V4V4.5VVDS =

11、5VID/mAVGS /V012345 轉(zhuǎn)移特性曲線中轉(zhuǎn)移特性曲線中, ,ID = =0 時(shí)對應(yīng)的時(shí)對應(yīng)的VGS值值, ,即開啟即開啟電壓電壓VGS（th） 。q三、三、襯底效應(yīng)襯底效應(yīng) 集成電路中，許多集成電路中，許多MOS管做在同一襯底上，為保證管做在同一襯底上，為保證U與與S、D之間之間PN結(jié)反偏，襯底應(yīng)接電路最低電位（結(jié)反偏，襯底應(yīng)接電路最低電位（N溝道）或最高電位（溝道）或最高電位（P溝道）。溝道）。 若若| VUS | - - +VUS耗盡層中負(fù)離子數(shù)耗盡層中負(fù)離子數(shù) 因因VGS不變（不變（G極正電荷量不變）極正電荷量不變）ID VUS = 0ID/mAVGS /VO- -2V-

12、-4V根據(jù)襯底電壓對根據(jù)襯底電壓對ID的控制作用，又的控制作用，又稱稱U極為極為背柵極。背柵極。PP+N+N+SGDUVDSVGS- - +- - +阻擋層寬度阻擋層寬度 表面層中表面層中電子電子數(shù)數(shù) q 四、四、P溝道溝道EMOS管管+ -+ - VGSVDS+ - + - NN+P+SGDUP+N-EMOS管與管與P-EMOS管管工作原理相似。工作原理相似。即即 VDS 0 、VGS 0，VGS 正、負(fù)、零均可。正、負(fù)、零均可。外部工作條件：外部工作條件：DMOS管在飽和區(qū)與非飽和區(qū)的管在飽和區(qū)與非飽和區(qū)的ID表達(dá)式表達(dá)式與與EMOS管管相同相同。DMOS-P與與N差別僅在電壓極性與電流方

13、向相反。差別僅在電壓極性與電流方向相反。轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性q 電路符號及電流流向電路符號及電流流向SGUDIDSGUDIDUSGDIDSGUDIDN-EMOSN-DMOSP-DMOSP-EMOSq 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性IDVGS0VGS(th)IDVGS0VGS(th)IDVGS0VGS(th)IDVGS0VGS(th)3.1.3 六種場效應(yīng)管的符號及特性如圖所示。六種場效應(yīng)管的符號及特性如圖所示。P113qN-EMOSN-EMOS管簡化小信號電路模型管簡化小信號電路模型( (與三極管對照與三極管對照) ) gmvgsrdsgdsicvgs- -vds+- -（2）rds為為場效應(yīng)管場效應(yīng)管輸出電阻

14、：輸出電阻：（1）由于）由于場場效應(yīng)管效應(yīng)管G G、S S之間開路，之間開路，I IG G 0 0，所以輸入電阻，所以輸入電阻r rgsgs 。而而三極管發(fā)三極管發(fā)射結(jié)正偏，射結(jié)正偏，故輸入電阻故輸入電阻r rb b e e較小。較小。)/(1CQceIr與三極管與三極管輸出電阻表達(dá)式輸出電阻表達(dá)式 相似。相似。)/(1DQdsIrrb ercebceibic+- - -+vbevcegmvb e 將場效應(yīng)管視為二端口網(wǎng)絡(luò)將場效應(yīng)管視為二端口網(wǎng)絡(luò) 柵、源之間只有電壓柵、源之間只有電壓VGS，而無電流，而無電流取全微分得：取全微分得：DSDSDGSGSDDdVdVdGSDSVVViViiGSVD

15、SVDSi（3-1-9）DSDSDGSGSDDdvdvdGSDSvvvivii令令mGSDgDSVvidsDSD1GSrviV， 若信號較小，則若信號較小，則gm和和rds近似為常數(shù)近似為常數(shù)于是，有于是，有dsdsgsmd1vrvgI （3-1-10） 跨導(dǎo)跨導(dǎo)gm由由VGS=VGSQ時(shí)的轉(zhuǎn)移特性曲線上時(shí)的轉(zhuǎn)移特性曲線上Q點(diǎn)處切線斜率決定，點(diǎn)處切線斜率決定，如圖所示如圖所示Qgmrds為為VGS=VGSQ時(shí)輸出特性曲線上時(shí)輸出特性曲線上Q點(diǎn)處切線斜率的倒數(shù)點(diǎn)處切線斜率的倒數(shù)Q理想時(shí)理想時(shí),場效應(yīng)管簡化等效模型場效應(yīng)管簡化等效模型 MOS管管跨導(dǎo)跨導(dǎo)QGSDmvig2GS(th)GSOXD)(

16、2VVlWCI利用利用DQOXQGSDm22IlWCvig得得三極管三極管跨導(dǎo)跨導(dǎo)CQeQEBC5 .38 Irvigm 通常通常MOS管的跨導(dǎo)比管的跨導(dǎo)比三極管的三極管的跨導(dǎo)要小一個(gè)跨導(dǎo)要小一個(gè)數(shù)量級以上，即數(shù)量級以上，即MOS管放大能力比三極管弱。管放大能力比三極管弱。（3-1-13）（3-1-7）（2-5-4）DQDSSGS(th)m2IIVgq 計(jì)及襯底效應(yīng)的計(jì)及襯底效應(yīng)的MOS管簡化電路模型管簡化電路模型 考慮到襯底電壓考慮到襯底電壓vus對漏極電流對漏極電流id的控制作用，小信的控制作用，小信號等效電路中需增加一個(gè)壓控電流源號等效電路中需增加一個(gè)壓控電流源gmuvus。gmvgsr

17、dsgdsidvgs- -vds+- -gmuvusgmu稱背柵（稱背柵（襯底襯底）跨導(dǎo)：）跨導(dǎo)：mQusDmugvig工程上，工程上， 為常為常數(shù)，數(shù)，一般一般 = 0.1 0.2（3-1-16）q MOS管高頻小信號電路模型管高頻小信號電路模型 當(dāng)高頻應(yīng)用、需計(jì)及管子極間電容影響時(shí)，應(yīng)當(dāng)高頻應(yīng)用、需計(jì)及管子極間電容影響時(shí)，應(yīng)采用如下高頻等效電路模型。采用如下高頻等效電路模型。gmvgsrdsgdsidvgs- -vds+- -CdsCgdCgs柵源極間柵源極間平板電容平板電容漏源極間電容漏源極間電容（漏襯與（漏襯與源襯之間的勢壘電容）源襯之間的勢壘電容）柵漏極間柵漏極間平板電容平板電容 場

18、效應(yīng)管電路分析方法與三極管的相似，可采場效應(yīng)管電路分析方法與三極管的相似，可采用用估算法（公式）估算法（公式）分析電路直流工作點(diǎn)；采用分析電路直流工作點(diǎn)；采用小信小信號等效電路法號等效電路法分析電路動態(tài)指標(biāo)。分析電路動態(tài)指標(biāo)。圖解法圖解法少用。少用。P116 場效應(yīng)管估算法分析思路與三極管相同，場效應(yīng)管估算法分析思路與三極管相同，但但兩種兩種管工作原理不同，故外部工作條件明顯不同。管工作原理不同，故外部工作條件明顯不同。q一、估算法一、估算法1 1、MOS管管截止模式判斷方法截止模式判斷方法假定假定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飽和模式非飽和模式（需重新計(jì)算需重新

19、計(jì)算Q Q點(diǎn)點(diǎn)）N溝道管溝道管：VGS VGS(th)截止條件截止條件2 2、MOS管管非飽和與飽和（放大）模式判斷方法非飽和與飽和（放大）模式判斷方法a)a)由直流通路寫出管外電路由直流通路寫出管外電路VGS與與ID之間關(guān)系式。之間關(guān)系式。c)c)聯(lián)立解上述方程，選出合理的一組解。聯(lián)立解上述方程，選出合理的一組解。d)d)判斷電路工作模式：判斷電路工作模式：若若|VDS| |VGSVGS(th)| 若若|VDS| 0， P溝道溝道：VDS |VGS(th) |，|VDS | | VGS VGS(th) |VGS| |VGS(th) | ，q 飽和區(qū)（放大區(qū)）工作條件飽和區(qū)（放大區(qū)）工作條件|

20、VDS | |VGS(th) |，q 非飽和區(qū)（可變電阻區(qū)）數(shù)學(xué)模型非飽和區(qū)（可變電阻區(qū)）數(shù)學(xué)模型DSGS(th)GSOXnD)(VVVlWCI（3-1-5）MOS管管q N-EMOS N-EMOS直流簡化電路模型直流簡化電路模型( (與三極管相對照與三極管相對照) ) （1）場效應(yīng)管）場效應(yīng)管G、S之間開路之間開路 ，IG 0。三極管發(fā)射結(jié)由于正偏而導(dǎo)通，等效三極管發(fā)射結(jié)由于正偏而導(dǎo)通，等效為為VBE(on) 。（2）FET輸出端等效為輸出端等效為壓控壓控電流源，滿足平方律方程：電流源，滿足平方律方程： 三極管輸出端等效為三極管輸出端等效為流控流控電流源，滿足電流源，滿足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：假設(shè)假設(shè)T工作在放大模式（工作在放大模式（? ?區(qū)區(qū)） VDD(+20V)1.2M 4k TSRG1RG2RDRS0.8M 10k GIDSDG2G1DDG2SGGSRIRRVRVVV2GS(th)GSOXD)(2VVlWCI帶入已知條件解上述方程組得：帶入已知條件解上述方程組得： ID= 1mAVGS= 4V及ID= 2.25mAVGS= -

22、1V（舍去）（舍去）VDS= VDD-ID （RD + RS）= 6V因此因此 驗(yàn)證得知：驗(yàn)證得知： VDS VGSVGS(th) ，VGS VGS(th)，假設(shè)成立。假設(shè)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、小信號等效電路法二、小信號等效電路法FET小信號等效電路分析法與三極管相似。小信號等效電路分析法與三極管相似。 利用微變等效電路分析交流指標(biāo)。利用微變等效電路分析交流指標(biāo)。 畫交流通路。畫交流通路。 將將FETFET用小信號電路模型代替。用小信號電路模型代替。 計(jì)算微變參數(shù)計(jì)算微變參數(shù)gm、rds注：具體分析將在

23、注：具體分析將在第四章中第四章中詳細(xì)介紹。詳細(xì)介紹。 3.2 3.2 結(jié)型場效應(yīng)管（結(jié)型場效應(yīng)管（JFETJFET）N溝道管溝道管P溝道管溝道管實(shí)際結(jié)構(gòu)及符號如下圖所實(shí)際結(jié)構(gòu)及符號如下圖所示。示。 P-JFET P-JFET除偏置電壓極性、載流子類型與除偏置電壓極性、載流子類型與N-JFETN-JFET不同不同外，其工作原理完全相同，因此，只討論外，其工作原理完全相同，因此，只討論N-JFETN-JFET。類型類型MOSFETMOSFET利用利用V VGSGS大小，來改變半導(dǎo)體表面感生電荷的大小，來改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流大小。多少，從而控制漏極電流大小。 JFETJFE

24、T利用利用PNPN結(jié)反結(jié)反向電壓來向電壓來控制控制耗盡層厚度，改變導(dǎo)耗盡層厚度，改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制漏極電流大小。電溝道的寬窄，從而控制漏極電流大小。 3.2 N-JFET結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) N型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道漏極漏極D(d)溝道電阻溝道電阻 長度、長度、寬度寬度、摻雜、摻雜P+P+反偏的反偏的PN結(jié)結(jié) 反偏電壓反偏電壓控制耗盡層控制耗盡層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)(耗盡層耗盡層)柵極柵極G(g)源極源極S(s)N型型q N溝道溝道JFET管管外部工作條件外部工作條件 VDS 0 ( (保證柵漏保證柵漏PN結(jié)反偏結(jié)反偏) )VGS 0 ( (保證

25、柵保證柵源源PN結(jié)反偏結(jié)反偏) )P+P+NGSD- + + VGSVDS+ + - -q VGS對溝道寬度的影響：對溝道寬度的影響：|VGS | 阻擋層寬度阻擋層寬度 若若|VGS | 繼續(xù)繼續(xù) 溝道全夾斷溝道全夾斷使使VGS =VGS (off)夾斷電壓夾斷電壓若若VDS=0NGSD- + + VGSP+P+N型溝道寬度型溝道寬度 溝道電阻溝道電阻Ron g d s P+ N P+ 耗耗盡盡層層 g d s P+ N P+ g d s P+ N P+ VGS對溝道的控制作用（對溝道的控制作用（ VGS=0 VGS0 (反偏反偏)耗盡層加耗盡層加寬寬厚厚|VGS | 增加增加溝道變窄溝道變窄

26、溝道電阻增大溝道電阻增大全夾斷（夾斷電壓）全夾斷（夾斷電壓） |uGS|VP溝道電阻為溝道電阻為 VDS很小時(shí)很小時(shí) VGD VGS由圖由圖 VGD = VGS - - VDS因此因此 VDS ID線性線性 若若VDS 則則VGD 近漏端溝道近漏端溝道 Ron增大增大。此時(shí)此時(shí), ,Ron ID 變慢。變慢。q VDS對溝道的控制對溝道的控制（假設(shè)（假設(shè)VGS 一定一定）NGSD- + + VGSP+P+VDS+- -此時(shí)此時(shí)W近似不變，近似不變，即即Ron不變。不變。DSGSGDVVV講講P119 當(dāng)當(dāng)VDS增加到增加到使使VGD 并并=VGS(off)時(shí)，時(shí)， A點(diǎn)出現(xiàn)點(diǎn)出現(xiàn)預(yù)夾斷。預(yù)夾斷

27、。 若若VDS 繼續(xù)繼續(xù) A點(diǎn)下移點(diǎn)下移出現(xiàn)夾斷區(qū)。出現(xiàn)夾斷區(qū)。此時(shí)此時(shí) VAS =VAG +VGS =- -VGS(off) +VGS （恒定）（恒定）若忽略若忽略CLMECLME，則近似認(rèn)為，則近似認(rèn)為l l 不變（即不變（即R Ronon不變）。不變）。NGSD- + + VGSP+P+VDS+- -ANGSD- + + VGSP+P+VDS+- -A VDGVGS VGS(off) V DS VGS VGS(off)V DS VGSVGS(off) 在飽和區(qū)，在飽和區(qū)，JFET的的ID與與VGS之間也滿足平方律關(guān)系，但由之間也滿足平方律關(guān)系，但由于于JFET與與MOS管結(jié)構(gòu)不同，故管結(jié)

28、構(gòu)不同，故方程不同。方程不同。（3-2-3）q三、截止區(qū)三、截止區(qū)特點(diǎn)：特點(diǎn)：溝道全夾斷的工作區(qū)。溝道全夾斷的工作區(qū)。條件：條件： VGS VGS(off) IG0，ID=0q四、四、擊穿區(qū)擊穿區(qū)VDS 增大增大到一定值時(shí)到一定值時(shí) 近近漏極漏極PN結(jié)雪崩擊穿。結(jié)雪崩擊穿。ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(off)VGS =0V- -2V- -1. 5V- -1V- -0. 5V 造成造成 ID劇增。劇增。VGS 越負(fù)越負(fù) 則則VGD 越負(fù)越負(fù) 相應(yīng)相應(yīng)擊穿電壓擊穿電壓V(BR)DS越小越小擊穿電壓擊穿電壓V(BR)DS： V(BR)DSVGS- V(BR)GD JFET J

29、FET轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線 同同MOS管一樣，管一樣，JFET的轉(zhuǎn)移特性也可由輸出的轉(zhuǎn)移特性也可由輸出特性轉(zhuǎn)換得到特性轉(zhuǎn)換得到( (略略) )。 ID = =0 時(shí)對應(yīng)的時(shí)對應(yīng)的VGS值值 夾斷電壓夾斷電壓VGS（off） 。VGS(off)ID/mAVGS /V0IDSS ( (N- -JFET) )ID/mAVGS /V0IDSSVGS(off) ( (P- -JFET ) )VGS= =0 時(shí)對應(yīng)的時(shí)對應(yīng)的ID 值值 飽和漏電流飽和漏電流IDSS。 1、轉(zhuǎn)移特性、轉(zhuǎn)移特性常數(shù)DS)(GSDVVfi2 2、電流方程、電流方程2GS(off)GSDSSD1VVIi( VGS（off)VG

30、SVGS-VGS(off) ) 夾斷電壓夾斷電壓VP (或或VGS(off)： 飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS： 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm：DSGSDmVvig 時(shí)）時(shí)）（當(dāng)（當(dāng)0)1(2GSPPPGSDSSm vVVVvIg或或3. 主要參數(shù)主要參數(shù)漏極電流約為零時(shí)的漏極電流約為零時(shí)的VGS值值 。VGS=0時(shí)對應(yīng)的漏極電流。時(shí)對應(yīng)的漏極電流。 低頻跨導(dǎo)反映了低頻跨導(dǎo)反映了vGS對對iD的控制作用。的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是mS(毫西門子毫西門子)。 輸出電阻輸出電阻rd：GSDDSdVivr 3.3.主要參數(shù)主要參數(shù) 直流輸入電阻直流輸入

31、電阻RGS： 對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時(shí)對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于約大于107。 最大漏極功耗最大漏極功耗PDM 最大漏源電壓最大漏源電壓V(BR)DS 最大柵源電壓最大柵源電壓V(BR)GS JFET電路模型同電路模型同MOS管相同。只是由于兩種管子在管相同。只是由于兩種管子在飽和區(qū)數(shù)學(xué)模型不同，因此，跨導(dǎo)計(jì)算公式不同。飽和區(qū)數(shù)學(xué)模型不同，因此，跨導(dǎo)計(jì)算公式不同。 JFET電路模型電路模型VGSSDGIDIG 0ID(VGS)+- -gmvgsrdsgdsidvgs- -vds+- -SIDGD（共源極）（共源極）（直流電路模型）（直流電路模型）（小信號模型）（小信號模型）利

32、用利用2)()1 (offGSGSDSSDVVII得得DSSDQm0DSSDQGS(off)DSSQGSDm2IIgIIVIvig1. JFET小信號模型小信號模型（1 1）低頻模型）低頻模型JFET放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法JFET放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法（2 2）高頻模型）高頻模型一、場效應(yīng)管放大電路的特點(diǎn)一、場效應(yīng)管放大電路的特點(diǎn)1. 1. 場效應(yīng)管是電壓控制元件；場效應(yīng)管是電壓控制元件； 2. 2. 柵極幾乎不取用電流，輸入電阻非常高；柵極幾乎不取用電流，輸入電阻非常高； 3. 噪聲小，受外界溫度及輻射影響?。辉肼曅?，受外界溫度及輻

33、射影響?。?4. 4. 制造工藝簡單，有利于大規(guī)模集成；制造工藝簡單，有利于大規(guī)模集成； 5. 跨導(dǎo)較小，電壓放大倍數(shù)一般比三極管低?？鐚?dǎo)較小，電壓放大倍數(shù)一般比三極管低。6. 溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電， 所以場效應(yīng)管也稱為所以場效應(yīng)管也稱為單極型單極型三極管三極管?？偨Y(jié)：總結(jié)：二、二、表表3.1 3.1 場效應(yīng)管與晶體管的比較場效應(yīng)管與晶體管的比較VCCS(VCCS(g gm m) )CCCS()漂移漂移多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散少子漂移少子漂移 雙極型三極管雙極型三極管 場效應(yīng)三極管場效應(yīng)三極管 噪聲噪聲 較大較大 較小較小溫度特性溫度特性 受溫

34、度影響較大受溫度影響較大 較小，可有零溫度系數(shù)點(diǎn)較小，可有零溫度系數(shù)點(diǎn)輸入電阻輸入電阻 幾十到幾千歐姆幾十到幾千歐姆 幾兆歐姆以上幾兆歐姆以上靜電影響靜電影響 不受靜電影響不受靜電影響 易受靜電影響易受靜電影響集成工藝集成工藝 不易大規(guī)模集成不易大規(guī)模集成 適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成 C C與與E E不可互換使用不可互換使用 D D與與S S可互換使用可互換使用二、二、表表3.1 3.1 場效應(yīng)管與晶體管的比較場效應(yīng)管與晶體管的比較q三、各類三、各類FET管管VDS、VGS極性比較極性比較 VDS極性與極性與ID流向僅取決于溝道類型流向僅取決于溝道類型 VGS極性取決于工

35、作方式及溝道類型極性取決于工作方式及溝道類型 由于由于FETFET類型較多，單獨(dú)記憶較困難，現(xiàn)將各類類型較多，單獨(dú)記憶較困難，現(xiàn)將各類FETFET管管V VDSDS、V VGSGS極性及極性及I ID D流向歸納如下：流向歸納如下： N溝道溝道FET：VDS 0，ID流入管子漏極。流入管子漏極。 P溝道溝道FET：VDS vGS vGS(th) 因此因此當(dāng)當(dāng) vGS vGS(th) 時(shí)時(shí)N- -EMOS管管工作在飽和區(qū)。工作在飽和區(qū)。伏安特性：伏安特性：2GS(th)OXn)(2VvlWCiiDvGSVQIQQ直流電阻：直流電阻：QQ/ IVR （?。ㄐ。┙涣麟娮瑁航涣麟娮瑁篿vr/（大）（

36、大）Tvi+- -+- -vRiq N- -DMOS管管GS相連相連構(gòu)成有源電阻構(gòu)成有源電阻v = vDS ，vGS =0 ，i = iD由圖由圖因此，當(dāng)因此，當(dāng) vDS 0 vGS(th)時(shí)，管子工作在飽和區(qū)。時(shí)，管子工作在飽和區(qū)。伏安特性即伏安特性即vGS = 0 時(shí)的輸出特性。時(shí)的輸出特性。由由2GS(th)GSOXn)(2VvlWCi得知得知當(dāng)當(dāng)vGS =0 時(shí)，電路近似恒流輸出。時(shí)，電路近似恒流輸出。iDvDSVQIQQ- -VGS(th)vGS= =0 0Tvi+- -+- -vRiq 有源電阻有源電阻構(gòu)成分壓器構(gòu)成分壓器若兩管若兩管 n 、 COX 、VGS(th)相同，則相同，

37、則聯(lián)立求解得：聯(lián)立求解得：T1V1I1+- -I2V2+- -VDDT2由圖由圖I1 = I2V1 + V2 = VDD2GS(th)22OXn2GS(th)11OXn)()(2)()(2VVlWCVVlWCV1 + V2 = VDD1)/()/(1)/()/(12GS(th)12DD2lWlWVlWlWVV調(diào)整溝道寬長比（調(diào)整溝道寬長比（W/l），可得所需的分壓值。），可得所需的分壓值。 1. N-JFET管管 （1）特性曲線）特性曲線 （2）電流方程）電流方程2GS(off)GSDSSD1VVIi（工作于恒流區(qū)）（工作于恒流區(qū)）(3-2-3) （1）特性曲線）特性曲線 （2）電流方程）電流

38、方程2GS(th)GSDSSD1VVIi 2. N-EMOS2. N-EMOS管管（工作于恒流區(qū)）（工作于恒流區(qū)）(3-1-7) 3. N-DMOS管管 （1）特性曲線）特性曲線 （2）電流方程）電流方程2GS(off)GSDSSD1VVIi（工作于恒流區(qū)）（工作于恒流區(qū)）DSSI注意注意增加增加N-EMOS管管一、基本共源電路一、基本共源電路 1、電路組成、電路組成 類似例類似例2:（3-1-7） 2 2、靜態(tài)、靜態(tài)Q Q點(diǎn)的確定點(diǎn)的確定 令令0i U則則交點(diǎn)交點(diǎn)Q VGSQ=VGG，2GS(th)GSDSSD1VVIi2GS(th)GGDSSDQ1VVII二、分壓式偏置電路二、分壓式偏置電

39、路 1、靜態(tài)、靜態(tài)Q點(diǎn)的確定點(diǎn)的確定靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí)DDg2g1g1AGQVRRRVVsDQSQRIV于是，有于是，有sDQDDg2g1g1SQGQGSQRIVRRRVVV2GS(th)GSQDSSDQ1VVII)(sdDQDDDSQRRIVV類似類似例例1：(3-1-7)+ T+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU圖圖 2.7.5分壓分壓 式偏置電路式偏置電路2 2、圖解法圖解法由式由式SDDD211SDGQGSRiVRRRRiUu 可做出一條直線，可做出一條直線，另外，另外，iD 與與 uGS 之間滿之間滿足轉(zhuǎn)移特性曲線的規(guī)律，足轉(zhuǎn)移特性曲線的規(guī)律，二者間交點(diǎn)為靜態(tài)工作二者間交點(diǎn)為靜態(tài)工作點(diǎn)，確定點(diǎn)，確定 UGSQ， IDQ