電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器教學(xué)活動(dòng)1：認(rèn)知MOS場(chǎng)效晶體管的開關(guān)作用【MOS場(chǎng)效晶體管的開關(guān)作用的驗(yàn)證】（1）按圖3--3-1所示連接電路，輸入直流電壓UI=12V；（2）調(diào)節(jié)電位器于最小值（最底部），觀察發(fā)光二極管是否發(fā)光；（3）逐步向上調(diào)節(jié)電位器至最大值（最頂部），觀察發(fā)光二極管是否發(fā)光。3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器圖3--3-1MOS場(chǎng)效晶體管演示實(shí)驗(yàn)接線圖【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】發(fā)光二極管隨著電位器的調(diào)整由暗變亮。【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】發(fā)光二極管的導(dǎo)通受UGS電壓控制，MOS場(chǎng)效晶體管具有開關(guān)作用。教學(xué)活動(dòng)1：認(rèn)知MOS場(chǎng)效晶體管的開關(guān)作用【MOS場(chǎng)效晶體管的開關(guān)作用的驗(yàn)證】參考參數(shù)：直流電源：9V電阻：1kΩ、10kΩ電位器：

50kΩ二極管：1N4007N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效管3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器主要儀器：直流穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)2：認(rèn)知MOS場(chǎng)效晶體管的基礎(chǔ)知識(shí)3.3.1MOS場(chǎng)效晶體管3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器場(chǎng)效晶體管（FieldEffectTransistor，簡(jiǎn)稱FET），是一種利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流大小的半導(dǎo)體器件。與三極管相比，場(chǎng)效晶體管不僅具有體積小、質(zhì)量輕、耗電小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，而且還有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)和制造工藝簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。場(chǎng)效晶體管工作時(shí)，內(nèi)部電流的通路稱為導(dǎo)電溝道。一只場(chǎng)效晶體管在工作時(shí)，其導(dǎo)電溝道中的載流子只有一種，要么是電子（N溝道），要么是空穴（P溝道），所以又將場(chǎng)效晶體管稱為單極型器件。這一點(diǎn)與三極管不同，任何一只三極管在工作時(shí)都同時(shí)有兩種載流子導(dǎo)電，所以，三極管又稱為雙極型器件。場(chǎng)效晶體管與三極管本質(zhì)上都是控制型器件。但三極管是通過基極電流ib去控制集電極電流ic的，是電流控制型器件；而場(chǎng)效晶體管則是通過柵－源電壓ugs去控制漏極電流id的，是電壓控制型器件。教學(xué)活動(dòng)2：認(rèn)知MOS場(chǎng)效晶體管的基礎(chǔ)知識(shí)3.3.1MOS場(chǎng)效晶體管3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器場(chǎng)效晶體管分為結(jié)型場(chǎng)效晶體管（JunctiontypeFieldEffectTransistor）和絕緣柵型場(chǎng)效晶體管兩大類。絕緣柵型場(chǎng)效晶體管又稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管（Metal-Oxide-SemiconductortypeFieldEffectTransistor），簡(jiǎn)稱MOS管。圖3-3-2所示是幾種常見場(chǎng)效晶體管的實(shí)物外形。圖3-3-2幾種常見的場(chǎng)效晶體管的實(shí)物外形教學(xué)活動(dòng)2：認(rèn)知MOS場(chǎng)效晶體管的基礎(chǔ)知識(shí)3.3.1MOS場(chǎng)效晶體管3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器一、MOS場(chǎng)效晶體管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)與工作原理MOS場(chǎng)效晶體管分為增強(qiáng)型和耗盡型兩類，每類又有N溝道（NMOS）和P溝道（PMOS）兩種。1.增強(qiáng)型NMOSFET（1）結(jié)構(gòu)和符號(hào)增強(qiáng)型NMOSFET的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)如圖3-3-3所示。場(chǎng)效晶體管的電極有源極S、柵極G、漏極D及襯底電極B、S、G、D極在電路中的作用，分別類似于三極管的E、B和C極。與S、D及B相連的虛線表示是增強(qiáng)型，襯底電極上的箭頭向里表示是N溝道。圖3--3-3增強(qiáng)型NMOSFET教學(xué)活動(dòng)2：認(rèn)知MOS場(chǎng)效晶體管的基礎(chǔ)知識(shí)3.3.1MOS場(chǎng)效晶體管3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器一、MOS場(chǎng)效晶體管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)與工作原理1.增強(qiáng)型NMOSFET（2）工作原理增強(qiáng)型NMOSFET的工作原理電路如圖3--3-4所示。圖3--3-4增強(qiáng)型NMOSFET工作原理電路①當(dāng)UGS＝0時(shí)，無(wú)導(dǎo)電溝道，漏、源極之間無(wú)電流，ID＝0。②當(dāng)UGS>0且達(dá)到某一值（此值稱為開啟電壓UT）時(shí)，漏、源極間產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，如在漏、源極間加有正向電壓UDS，將產(chǎn)生電流ID；如逐漸增大UGS，導(dǎo)電溝道變寬，ID也隨之逐漸增大；即UGS的變化控制ID的變化。處于放大狀態(tài)的增強(qiáng)型NMOSFET，正常工作于UGS>UT時(shí)。教學(xué)活動(dòng)2：認(rèn)知MOS場(chǎng)效晶體管的基礎(chǔ)知識(shí)3.3.1MOS場(chǎng)效晶體管3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器一、MOS場(chǎng)效晶體管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)與工作原理2.耗盡型NMOSFET（1）結(jié)構(gòu)和符號(hào)耗盡型NMOSFET的結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖3--3-5所示。（2）工作原理耗盡型NMOSFET的工作原理電路如圖3--3-6所示。由于其本身已存在

導(dǎo)電溝道，故在UDS>0時(shí)：圖3--3-5耗盡型NMOSFET圖3--3-6耗盡型NMOSFET工作原理電路教學(xué)活動(dòng)2：認(rèn)知MOS場(chǎng)效晶體管的基礎(chǔ)知識(shí)3.3.1MOS場(chǎng)效晶體管3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器一、MOS場(chǎng)效晶體管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)與工作原理2.耗盡型NMOSFET

（2）工作原理①當(dāng)UGS＝0時(shí)，溝道存在，有電流ID；②當(dāng)UGS＞0時(shí)，導(dǎo)致溝道變寬，ID增大；③當(dāng)UGS＜0時(shí)，溝道隨此負(fù)電壓的變化而變化，負(fù)電壓削弱導(dǎo)電溝道使之逐漸變窄，ID也隨之逐漸減?。划?dāng)UGS小于某一負(fù)電壓（此電壓稱為夾斷電壓UP）時(shí)，導(dǎo)電溝道被阻斷，ID變?yōu)?；實(shí)現(xiàn)UGS對(duì)ID的控制。處于放大狀態(tài)的耗盡型NMOSFET，正常工作于UP＜UGS＜0時(shí)。教學(xué)活動(dòng)2：認(rèn)知MOS場(chǎng)效晶體管的基礎(chǔ)知識(shí)3.3.1MOS場(chǎng)效晶體管3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器一、MOS場(chǎng)效晶體管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)與工作原理3.圖形符號(hào)

各種MOS管在電路中的圖形符號(hào)，如圖3--3-7所示。圖3--3-7

MOSFET圖形符號(hào)教學(xué)活動(dòng)2：認(rèn)知MOS場(chǎng)效晶體管的基礎(chǔ)知識(shí)3.3.1MOS場(chǎng)效晶體管3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器二、MOS場(chǎng)效晶體管的主要參數(shù)（1）開啟電壓UT在UDS為定值的條件下，使增強(qiáng)型場(chǎng)效晶體管產(chǎn)生溝道，導(dǎo)電溝道開始導(dǎo)通（ID達(dá)到某一定值，如10μA）時(shí)，所需加的UGS值。（2）夾斷電壓UP在UDS為定值的條件下，耗盡型場(chǎng)效晶體管ID減小到近于零時(shí)的UGS值。它是耗盡型MOS管的重要參數(shù)。（3）飽和漏極電流IDSS耗盡型場(chǎng)效晶體管工作在飽和區(qū)且UGS＝0時(shí)，所對(duì)應(yīng)的漏極電流。它是耗盡型MOS管的重要參數(shù)。（4）直流輸入電阻RGS柵源電壓UGS與對(duì)應(yīng)的柵極電流IG之比。一般在109～1015Ω。（5）跨導(dǎo)gm

UDS一定時(shí)，漏極電流變化量ΔID和引起這個(gè)變化的柵源電壓變化量ΔUGS之比。它是反映柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力的重要參數(shù)，一般在103～5×103μA/V。教學(xué)活動(dòng)2：認(rèn)知MOS場(chǎng)效晶體管的基礎(chǔ)知識(shí)3.3.1MOS場(chǎng)效晶體管3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器二、MOS場(chǎng)效晶體管的主要參數(shù)（6）極間電容指MOS管三個(gè)電極之間的等效電容CGS、CGD、CDS，一般為幾個(gè)皮法。極間電容小的MOS管高頻特性好。（7）漏極最大允許耗散功率PDM指ID與UDS的乘積不應(yīng)超過的極限值。（8）漏極擊穿電壓U(BR)DS指漏極電流開始急劇上升時(shí)所加的漏－源極之間的電壓。三、MOS場(chǎng)效晶體管的使用注意事項(xiàng)（1）要注意不同類型MOS管的柵、源、漏各極電壓的極性。（2）為了防止柵極擊穿，要求一切測(cè)試儀器、儀表、電烙鐵都必須有外接地線。（3）MOS管的柵極是絕緣的，感應(yīng)電荷不易泄放，而且絕緣層很薄，極易擊穿。（4）場(chǎng)效晶體管（包括結(jié)型）的漏極與源極通?？梢曰Q使用。但是有的MOS場(chǎng)效晶體管在制造時(shí)已把源極和襯底連接在一起了，這種MOS場(chǎng)效晶體管的源極和漏極就不能互換使用。教學(xué)活動(dòng)2：認(rèn)知MOS場(chǎng)效晶體管的基礎(chǔ)知識(shí)3.3.1MOS場(chǎng)效晶體管3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器【實(shí)踐應(yīng)用】MOS場(chǎng)效晶體管在其輸入端基本不取電流或電流極小，具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、制造工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中被應(yīng)用。由于MOS場(chǎng)效晶體管具有很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換，常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換。MOS場(chǎng)效晶體管的溝道電阻由柵源電壓控制，可用作可變電阻；由于三極管導(dǎo)通電阻大，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通電阻小，只有幾百毫歐姆，故MOS場(chǎng)效晶體管做無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)來(lái)用，開關(guān)效率更高。教學(xué)活動(dòng)3：MOS場(chǎng)效晶體管放大器的基本知識(shí)3.3.2MOS場(chǎng)效晶體管放大器的基本知識(shí)3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器一、MOS場(chǎng)效晶體管放大電路MOS場(chǎng)效晶體管放大電路有共源放大器、共柵放大器、共漏放大器三種形式如圖3-3-8所示，其性能特點(diǎn)與晶體三極管放大器相似。圖3-3-8MOS場(chǎng)效晶體管三種放大電路形式MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的ig=0，所以共源放大器、共漏放大器的輸入電阻和電流增益趨于無(wú)窮大。教學(xué)活動(dòng)3：MOS場(chǎng)效晶體管放大器的基本知識(shí)3.3.2MOS場(chǎng)效晶體管放大器的基本知識(shí)3.3MOS場(chǎng)效晶體管放大器二、共源放大器電路如圖3--3-9所示。放大管為耗盡型NMOS管，RG1和RG2為分壓電阻，RD、RS分別是漏、源極電阻，適當(dāng)選擇其電阻值，可以取得合適而穩(wěn)定的柵偏壓，建立適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使電路工作在放大狀態(tài)。C1、C2分別是輸入、輸出耦合電容，CS是源極旁路電容，VDD為漏極電源。信號(hào)從G、S極間輸入，從D、S極間輸出。可見該電路的結(jié)構(gòu)與三極管分壓式偏置共發(fā)射極放大電路十分相似。圖3--3-9

NMOS共源極放大電路教學(xué)活動(dòng)3：MOS場(chǎng)效晶體管放大器的基本知識(shí)3.3.2MOS場(chǎng)效晶體管放大器的基本知識(shí)3.3MOS場(chǎng)效晶體管放