場效應管放大器第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1場效應管1.特點:(1)導電能力由電壓控制的半導體器件。(2)僅靠多數(shù)載流子導電,又稱單極型晶體管。(3)體積小、耗電少、壽命長等優(yōu)點，(4)輸入電阻高、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強、噪聲低、制造工藝簡單、便于集成等特點。(5)廣泛用于大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路。第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月N溝道P溝道增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應管JFET結型MOSFET絕緣柵型(IGFET)2.場效應管分類：第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月N基底：N型半導體PP兩邊是P區(qū)G柵極S源極D漏極結構:導電溝道PN結5.1.1結型場效應管:第4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月P溝道結型場效應管DGSN溝道結型場效應管DGS符號：第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、工作原理（以N溝道為例）當UDS=0V時：UGS*若加入UGS<0,PN結反偏，耗盡層變厚*若UGS=0,溝道較寬，溝道電阻小溝道變窄，溝道電阻增大*若UGS=VP（夾斷電壓）時溝道夾斷，溝道電阻很大|UGS|越大,則耗盡區(qū)越寬，導電溝道越窄。但當|UGS|較小時，耗盡區(qū)寬度有限，存在導電溝道。DS間相當于線性電阻。溝道夾斷時（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時，即使UDS0V，漏極電流ID=0A。加入UGS使溝道變窄，該類型效應管稱為耗盡型第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月漏源電壓VDS對iD的影響

當VDS繼續(xù)增加時，預夾斷區(qū)向源極方向伸長。*在柵源間加電壓VGS，漏源間加電壓VDS。由于漏源間有一電位梯度VDS上端（漏端）VGD=VGS-VDS即

|VGD|=|VGS|+|VDS|下端（源端）VGD=VGS使溝道呈楔形耗盡層上下量端受的反偏電壓不同溝道夾斷前，iD與vDS近似呈線性關系。當VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VP

時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預夾斷點。

隨VDS增大，這種不均勻性越明顯。電阻增大，使VDS增加不能使漏極也增大，漏極電流iD

趨于飽和。第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.2伏安特性曲線及參數(shù)特點:(1)當vGS為定值時,管子的漏源間呈線性電阻，且其阻值受

vGS控制，（iD是

vDS的線性函數(shù)）。（2）管壓降vDS很小。用途：做壓控線性電阻和無觸點的、閉合狀態(tài)的電子開關。條件：源端與漏端溝道都不夾斷（1）可變電阻區(qū)1、輸出特性曲線：第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（動畫2-6）用途:可做放大器和恒流源。（2）恒流區(qū)：(又稱飽和區(qū)或放大區(qū)）條件:(1)源端溝道未夾斷(2)漏端溝道予夾斷

(2)恒流性：輸出電流iD

基本上不受輸出電壓vDS的影響。特點:(1)受控性：輸入電壓vGS控制輸出電流為飽和漏極電流IDSS第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）夾斷區(qū)：

用途：做無觸點的、接通狀態(tài)的電子開關。條件：整個溝道都夾斷

（4）擊穿區(qū)

當漏源電壓增大到

時，漏端PN結發(fā)生雪崩擊穿，使iD

劇增的區(qū)域。其值一般為（20—50）V之間。由于VGD=VGS-VDS,故vGS越負，對應的VP就越小。管子不能在擊穿區(qū)工作。特點：第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、轉移特性曲線輸入電壓VGS對輸出漏極電流ID的控制第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月結型場效應管的特性小結結型場效應管

N溝道耗盡型P溝道耗盡型第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1金屬-氧化物-半導體場效應管

絕緣柵型場效應管(MetalOxideSemiconductor)——MOSFETN溝道P溝道增強型N溝道P溝道耗盡型增強型

(N溝道、P溝道),VGS=0時無導電溝道，iD=0耗盡型

(N溝道、P溝道)，VGS=0時已有導電溝道。類型及其符號:第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1.1

N溝道增強型絕緣柵場效應管NMOS漏極D金屬電極1、結構柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)

金屬柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場效應管。

由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達1014。絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導體場效應管，簡稱MOS場效應管。第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、N溝道增強型MOS場效應管的工作原理（1）.柵源電壓VGS的控制作用

當VGS=0V時，因為漏源之間被兩個背靠背的PN結隔離，因此，即使在D、S之間加上電壓,

在D、S間也不可能形成電流。

當0＜VGS＜VT(開啟電壓)時，通過柵極和襯底間的電容作用，將柵極下方P型襯底表層的空穴向下排斥，同時，使兩個N區(qū)和襯底中的自由電子吸向襯底表層，并與空穴復合而消失，結果在襯底表面形成一薄層負離子的耗盡層。漏源間仍無載流子的通道。管子仍不能導通，處于截止狀態(tài)。第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月N溝道增強型場效應管的工作原理的N型溝道。把開始形成反型層的VGS值稱為該管的開啟電壓VT。這時，若在漏源間加電壓VDS，就能產(chǎn)生漏極電流

ID，即管子開啟。

VGS值越大，溝道內自由電子越多，溝道電阻越小，在同樣VDS

電壓作用下，ID越大。這樣，就實現(xiàn)了輸入電壓VGS對輸出電流ID的控制。

當VGS＞VT時，襯底中的電子進一步被吸至柵極下方的P型襯底表層，使襯底表層中的自由電子數(shù)量大于空穴數(shù)量，該薄層轉換為N型半導體，稱為反型層。形成N源區(qū)到N漏區(qū)ID第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2.漏源電壓VDS對溝道導電能力的影響A當VGS＞VT且固定為某值的情況下：加正電壓VDS，則形成漏極電流ID●當ID從DS流過溝道時，沿途會產(chǎn)生壓降，進而導致沿著溝道長度上柵極與溝道間的電壓分布不均勻?！馭端電壓最大(為VGS)，感生的溝道最寬；D端電壓最小（為VGD=VGS-VDS）感生的溝道窄；溝道呈錐形分布。●當VGD=VT，即VGS-VDS=VT時，則漏端溝道消失，出現(xiàn)預夾斷點。第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

當VDS為0或較小時，VGD＞VT，此時VDS

基本均勻降落在溝道中，溝道呈斜線分布。

當VDS增加到使VGD=VT時，預夾斷。

當VDS增加到使VGDVT時，預夾斷點向源極端延伸成小的夾斷區(qū)。電阻增大，VDS增加的部分基本上降落在該夾斷區(qū)內，ID基本不隨VDS增加而變化。第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月MOSFET的特性曲線1.漏極輸出特性曲線V-I特性表達式不做要求第19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2.轉移特性曲線—VGS對ID的控制特性

轉移特性曲線的斜率

gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。其量綱為mA/V，稱gm為跨導。

ID=f(VGS)VDS=常數(shù)

gm=ID/VGSQ

（mS)

第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月增強型MOS管特性小結絕緣柵場效應管N溝道增強型P溝道增強型第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月耗盡型MOSFET

N溝道耗盡型MOS管，它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子，在管子制造過程中，這些正離子已經(jīng)在漏源之間的襯底表面感應出反型層，形成了導電溝道。因此，使用時無須加開啟電壓（VGS=0），只要加漏源電壓，就會有漏極電流。當VGS＞0時，將使ID進一步增加。VGS＜0時，隨著VGS的減小ID逐漸減小，直至ID=0。對應ID=0的VGS值為夾斷電壓VP。第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月耗盡型MOSFET的特性曲線絕緣柵場效應管

N溝道耗盡型P溝道耗盡型第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月場效應三極管的參數(shù)和型號一、場效應三極管的參數(shù)

1.

開啟電壓VT

開啟電壓是MOS增強型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值,場效應管不能導通。

2.夾斷電壓VP

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當VGS=VP時,漏極電流為零。

3.飽和漏極電流IDSS

耗盡型場效應三極管,當VGS=0時所對應的漏極電流。第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月4.輸入電阻RGS

結型場效應三極管，反偏時RGS約大于107Ω；絕緣柵型場效應三極管,RGS約是109～1015Ω。

5.低頻跨導gm

低頻跨導反映了柵壓對漏極電流的控制作用，gm可以在轉移特性曲線上求取，單位是mS

(毫西門子)。

6.最大漏極功耗PDM

最大漏極功耗可由PDM=VDSID決定，與雙極型三極管的PCM相當。第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月絕緣柵增強型N溝P溝絕緣柵耗盡型

N溝道P溝道第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月場效應管與晶體管的比較電流控制電壓控制控制方式電子和空穴兩種載流子同時參與導電載流子電子或空穴中一種載流子參與導電類型

NPN和PNPN溝道和P溝道放大參數(shù)

rce很高

rds很高

輸出電阻輸入電阻較低較高雙極型三極管單極型場效應管熱穩(wěn)定性差好制造工藝較復雜簡單，成本低對應電極

B—E—C

G—S—D第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月耗盡型GSDGSD增強型N溝道P溝道GSDGSDN溝道P溝道G、S之間加一定電壓才形成導電溝道在制造時就具有原始導電溝道第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4場效應管放大電路4.4.1直流偏置電路及靜態(tài)分析1、直流偏置電路建立適當?shù)撵o態(tài)工作點，使場效應管工作在恒流區(qū)。(1)自偏壓電路:僅適用于耗盡型場效應管，VGS=0時，溝道已存在。加VDD后,VS=IDR?？山⑵珘海荷鲜椒Q為偏壓公式第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月及VDS=VDD－ID(R+Rd

)

聯(lián)立可以解出VGS、ID和VDS。(2)分壓式偏壓電路直流通道由：VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)及VS=

－IDRVGS=VG－VS=VG－IDR可得

偏壓公式：2、靜態(tài)工作點的確定：ID=IDSS[1－(VGS/VP)]2由公式：偏壓公式：VGS=-IDR