场效应管及MOS模拟集成电路基础
大规模集成电路第3章MOS集成电路器件基础-63页PPT精选文档
VALDSID /SVDS
L(dXd )1 dVDS
定义沟道长度调制系数： 1/VA
Leff Ld dV XD dSVDSL(1VDS)
1 Leff
11(VVDDSS)2
1 L
∵VDS<<1，忽略上式的二次项：
1 Leff
(1VDS
)
1 L
∴得到：
ID SK 2' W L(VG SVTN)2(1VD S)
O
uDS
沟道调制系数λ=1/UA
对于典型的0.5 μm工艺的MOS管， 忽
略沟道调制效应， 其主要参数如表所示。
表 3 - 1 0.5 μm工艺MOS管的典型参数
假定有一NMOS管， W=3 μm, L=2 μm, 在
恒流区则有:
U GS 2V
ID
K W 2 L
(U
小变大， 沟道将发生变化。
ID
若UDS=UGS-UTH , 则沟道在漏
区边界上被夹断， 因此该点 电压称为预夹断电压。
在 此 点 之 前 ， 即 UDS<UGSU时TUH D，S管增子大工，作ID在有线明性显区的，增大此。O
在 预 夹 断 点 之 后 ， 即 源 区(N＋ )
UDS>UGS-UTH ， 管 子 工 作 在 恒流区， 此时UDS增大， 大
部分电压降在夹断区， 对沟
反型 层 源 区 (N ＋ )
道电场影响不大， 因此电流
增大很小。
源 区 (N ＋ )
线性 区 饱和 区(恒 流区) UGS ＝ 5 V
UGS ＝ 2.5 V UGS ＝ 1.5 V
漏 区 (N ＋ ) 电流
模拟电子技术基础(第2版)
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
目录
02 内容摘要 04 作者介绍 06 精彩摘录
思维导图
本书关键字分析思维导图
初学者
题
电子技术
表达
半导体
宗旨
方法
第版
电路
集成电路 电路
基础
基础
小结
第章
习题
集成
放大器
应用
内容摘要
内容摘要
本书以“讲透基本原理，打好电路基础，面向集成电路”为宗旨，避免复杂的数学推导，强调物理概念和晶 体管器件模型的描述，加强了场效应管（尤其是MOS场效应管）的电路分析，充分重视集成电路的教学。在若干 知识点的阐述上，教材有自己的个性特色，并在内容取舍、编排以及文字表达等方面都期望解决初学者的入门难 的问题。另外为了帮助初学者更好的学习本书，对所述的基本电路利用EWB的电路设计软件进行了电路仿真，同 时还配有CAI的教学软件。
8.5线性稳压电路 8.6开关型稳压电源
本章小结 思考题与习题8
9.1电流模式电路的 一般概念
9.2跨导线性的基本 概念
9.3电流传输器 9.4跨导运算放大器
本章小结
思考题与习题9
作者介绍
同名作者介绍
读书笔记
读书笔记
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目录分析
1.2 PN结
1.1半导体基础知 识
1.3晶体二极管及 其应用
本章小结
思考题与习题1
2.2结型场效应管
2.1双极型晶体三 极管
2.3金属-氧化物半导体场效应管
本章小结
思考题与习题2
场效应管的基础知识
场效应管的基础学问英文名称：MOSFET （简写：MOS ）中文名称：功率场效应晶体管（简称：场效应管）场效应晶体管简称场效应管，它是由半导体材料构成的。
与一般双极型相比，场效应管具有许多特点。
场效应管是一种单极型半导体（内部只有一种载流子一多子）分四类：N沟通增加型；P沟通增加型;N沟通耗尽型；P沟通耗尽型。
增加型MOS管的特性曲线场效应管有四个电极，栅极G、漏极D、源极S和衬底B ,通常字内部将衬底B与源极S相连。
这样，场效应管在外型上是一个三端电路元件场效管是一种压控电流源器件，即流入的漏极电流ID栅源电压UGS掌握。
1、转移特性曲线:应留意：①转移特性曲线反映掌握电压VGS与电流ID之间的关系。
②当VGS很小时,ID基本为零，管子截止;当VGS大于某一个电压VTN时ID随VGS的变化而变化，VTN称为开启电压，约为2V0③无论是在VGS2、输出特性曲线：输出特性是在给顶VGS的条件下，ID与VDS之间的关系。
可分三个区域。
①夹断区：VGS②可变电阻区：VGS>VTN且VDS值较小。
VGS值越大，则曲线越陡，D、S极之间的等效电阻RDS值就越小。
③恒流区：VGS>VTN且VDS值较大。
这时ID只取于VGS ,而与VDS无关。
3、MOS管开关条件和特点：管型状态,N-MOS , P-MOS特点截止VTN , RDS特别大，相当与开关断开导通VGS2VTN , VGS<VTN , RON很小，相当于开关闭合4、MOS场效应管的主要参数①直流参数a、开启电压VTN ,当VGS>UTN时，增加型NMOS管通道。
b、输入电阻RGS , 一般RGS值为109〜1012。
高值②极限参数最大漏极电流IDSM击穿电压V(RB)GS , V(RB)DS最大允许耗散功率PDSM5、场效应的电极判别用RxlK挡，将黑表笔接管子的一个电极，用红表笔分别接此外两个电极，如两次测得的结果阻值都很小，则黑表笔所接的电极就是栅极(G),此外两极为源(S)、漏(D)极，而且是N型沟场效应管。
mos管或电路
mos管或电路MOS管，即金属氧化物半导体场效应晶体管，是一种常用的半导体器件，常用于集成电路中。
MOS管的工作原理是通过调节栅极电压来控制导通沟道的电阻，从而实现信号的放大、开关和放大等功能。
下面将详细介绍MOS管的结构、工作原理和应用。
MOS管的结构包括源极、漏极和栅极三个部分。
源极和漏极之间通过氧化物绝缘层隔开，栅极则通过栅极氧化层与沟道相隔开。
当在栅极上加上正电压时，栅极下方的沟道会形成导通通道，从而使源极和漏极之间产生导通。
当栅极上的电压变化时，沟道的导电性也会相应变化，实现对电流的调节。
MOS管的工作原理是基于场效应的调控。
栅极上的电压改变了栅极下方的场强，从而改变了沟道的导电性。
当栅极电压为正时，沟道导通，电流从源极流向漏极，此时MOS管处于导通状态。
而当栅极电压为零或负时，沟道的导电性减弱或消失，电流无法通过，MOS管处于截止状态。
通过调节栅极电压，可以实现对电流的精确控制，从而实现放大、开关和放大等功能。
MOS管在集成电路中有着广泛的应用。
作为场效应晶体管的一种，MOS管可以用于数字电路、模拟电路和混合电路中。
在数字电路中，MOS管可用作开关，实现逻辑门的功能；在模拟电路中，MOS管可用作放大器，实现信号的放大和处理；在混合电路中，MOS管既可以用于数字信号处理，又可以用于模拟信号处理，实现电路的多功能集成。
总的来说，MOS管作为一种常用的半导体器件，具有结构简单、工作稳定和应用广泛的特点。
通过对栅极电压的调节，可以实现对电流的精确控制，从而实现各种电路功能的实现。
在未来的发展中，MOS管将继续发挥重要作用，推动集成电路的不断进步。
模拟集成电路版图基础
Ｎ阱电容
• 在场效应管的栅极和衬底之间，存在寄生电容。 称之为恶性寄生。但是，如果正好需要电容，这 个寄生是需要的。
金属电容
• 扩散电容缺点：
– 传递噪声：扩散电容在PN 结上会有一个寄生电容。任 何输入到扩散电容底部平行板上的信号将会自动耦合 到衬底上。在电路设计中有些情况，需要一个电容器 阻断直流信号，但是允许交流信号传输到下个电路块。
层与层间的寄生电容
• 寄生包括：
– 层对衬底形成寄生，层与层之间，层与层的侧面之间等等。 – 在ASIC 设计中，会用到自动布局布线工具，有些金属连线常常直接从某
个功能块上通过，如图3-3 所示。这是因为，数字集成电路为了节约芯片 面积，减少流片成本，而不得已为之。
• 在模拟集成电路中：
– 常常需要把敏感的信号线互相隔离开来，使它们不会互相影响。 – 所以为了减少寄生对电路的干扰，就需要在作版图时，最好不要到处布
– 它不仅具有寄生效应小 – 与偏置电压无关 – 低的温度系数 – 单位面积的电容值很高。
– 在制作固定面积金属电容中，交叉金属来得到 更大电容的方法同样可以用在POLY 电容中， 我们形象的称之为“三明治电容”
几种集成电容的比较
电阻电容画法实例: 电阻画法实例
• 现在以1.5K 和250Ω的Poly 电阻为例，介绍一下电阻的画 法。 – 首先查到Poly 的方块电阻值为25Ω/□ – 先做一个电阻单元，Poly 宽为2u,长为40u,两端通过引 线孔用金属引出。此电阻阻值为500Ω。
• 金属电容
– 大多数信号电容会由金属制成。这可以消除PN 结，可 以消除寄生二极管带来的电容。电容依赖性也将得到 消除。
金属电容
• 为了保证上部平行板和下部平行板没有短接，几乎所有的IC 工 艺都有一个非常厚的金属介质层。
(完整版)模拟电子技术基础_知识点总结
模拟电子技术复习资料总结第一章半导体二极管一.半导体的基础知识1.半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。
2.特性---光敏、热敏和掺杂特性。
3.本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。
4. 两种载流子----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。
5.杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
体现的是半导体的掺杂特性。
*P型半导体:在本征半导体中掺入微量的三价元素（多子是空穴，少子是电子）。
*N型半导体: 在本征半导体中掺入微量的五价元素（多子是电子，少子是空穴）。
6. 杂质半导体的特性*载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度，少子浓度与温度有关。
*体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
*转型---通过改变掺杂浓度，一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。
7. PN结* PN结的接触电位差---硅材料约为0.6~0.8V，锗材料约为0.2~0.3V。
* PN结的单向导电性---正偏导通，反偏截止。
8. PN结的伏安特性二. 半导体二极管*单向导电性------正向导通，反向截止。
*二极管伏安特性----同ＰＮ结。
*正向导通压降------硅管0.6~0.7V，锗管0.2~0.3V。
*死区电压------硅管0.5V，锗管0.1V。
3.分析方法------将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:若 V阳 >V阴( 正偏 )，二极管导通(短路);若 V阳 <V阴( 反偏 )，二极管截止(开路)。
1）图解分析法该式与伏安特性曲线的交点叫静态工作点Q。
2) 等效电路法➢直流等效电路法*总的解题手段----将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:若 V阳 >V阴( 正偏 )，二极管导通(短路);若 V阳 <V阴( 反偏 )，二极管截止(开路)。
*三种模型➢微变等效电路法三. 稳压二极管及其稳压电路*稳压二极管的特性---正常工作时处在PN结的反向击穿区，所以稳压二极管在电路中要反向连接。
第3章-MOS集成电路器件基础
第三章 MOS集成电路器件基础
假定有一NMOS管， W=3 μm, L=2 μm, 在恒流区则有:
UGS 2V
ID
K 2
W L
(U
GS
UTH
)2
1 2
73A /V
2
3m 2m
(2V
0.7V
)2
93A
若UGS=5 V, 则
ID
1 2
73A/V
2
3m 2m
(5V
0.7V
)2
1.0mA
第三章 MOS集成电路器件基础
由于源漏结的横向扩散， 栅源和栅漏有一重叠长度为 LD， 所以导电沟道有效长度(Leff)将小于版图中所画的 导电沟道总长度。 我们将用L表示导电沟道有效总长 度Leff， 图3 - 1中W表示沟道宽度。 在今后的学习中， 我们将会发现， 宽长比(W/L)和氧化层厚度tox这两个参 数对MOS管的性能是多么重要。 而MOS技术发展中的 主要推动力就是在保证电性能参数不下降的前提下， 一代一代地缩小沟道长度L和氧化层厚度tox。
第三章 MOS集成电路器件基础
G 多晶硅 D
S
氧化 层
W
N＋ P型 衬 底
Leff
N＋
Ldra wn
LD
图3 - 1 NMOS管的简化结构
第三章 MOS集成电路器件基础
3.1.2 N阱及PMOS 为了使MOS管的电流只在导电沟道中沿表面流动
而不产生垂直于衬底的额外电流， 源区、 漏区以及沟 道和衬底间必须形成反偏的PN结隔离， 因此， NMOS 管的衬底B必须接到系统的最低电位点(例如“地”)， 而PMOS管的衬底B必须要接到系统的最高电位点(例如 正电源UDD)。 衬底的连接如图3 - 2(a)、 (b)所示。
mos管基础知识
MOS管的基础知识什么是场效应管呢？场效应管式是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，并以此命名。
由于它是靠半导体中的多数载流子导电，又称单极性晶体管。
它区别晶体管，晶体管是利用基极的小电流可以控制大的集电极电流。
又称双极性晶体管。
一，MOS管的种类，符号。
1JFET结型场效应管----利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制来改变导电沟道的宽度，从而控制漏极电流的大小。
结型场效应管一般是耗尽型的。
耗尽型的特点：a,PN结反向电压，这个怎么理解，就是栅极G,到漏极D和源极s有个PN结，b,未加栅压的时候，器件已经导通。
要施加一定的负压才能使器件关闭。
C,从原理上讲，漏极D和源极S不区分，即漏极也可作源极，源极也可以做漏极。
漏源之间有导通电阻。
2IGFET绝缘栅极场效应管----利用栅源电压的大小来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。
增强型效应管特点：A,栅极和源极电压为0时，漏极电流为0的管子是增强型的。
B,栅源电压，这个之间是个绝缘层，绝缘栅型一般用的是SIO绝缘层。
2耗尽型绝缘栅场效应晶体管的性能特点是:当栅极电压U。
=0时有一定的漏极电流。
对于N沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管，漏极加正电压，栅极电压从0逐渐上升时漏极电流逐渐增大，栅极电压从0逐渐下降时漏极电流逐渐减小直至截止。
对于P沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管，漏极加负电压，栅极电压从0逐渐下降时漏极电流逐渐增大，栅极电压从0逐渐上升时漏极电流逐渐减小直至截止。
1，按功率分类：A,小信号管，一般指的是耗尽型场效应管。
主要用于信号电路的控制。
B,功率管，一般指的是增强型的场效应管，只要在电力开关电路，驱动电路等。
2，按结构分类：增强型，耗尽型结型场效应管：N沟道结型场效应管 P沟道结型场效应管（一般是耗尽型）绝缘栅型场效应管：N沟道增强型，P沟道增强型，N沟道耗尽型，P沟道耗尽型。
二,用数字万用表测量MOS管的方法用数字万用表判断MOS的管脚定义。
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1 场效应管及MOS 模拟集成电路基础
4.7 电路如题4.7图所示。
已知：V E D 24=，Ω=K R 901，Ω=K R 252，Ω=M R 13，Ω==K R R S D 10；场效应管的mA I DSS 2=，V U off GS 5)(-=；电容1C 、2C 、3C 的值均足够大，对交流信号可视作短路。
试求：
（１） 静态工作点GSQ U 、DQ I 和DSQ U ；
（２） 从漏极输出时的电压放大倍数)(11i
o u u u A =及输出电阻1o R 的值； （３） 从源极输出时的电压放大倍数)(22i o u u u A =
及输出电阻2o R 的值； （４） 输入电阻i R 值。
解：（１）画出直流通路如题4.7解图(a)，求静态工作点。
由于 0=G I ，故
V E R R R U D G 22.52425
9025212=⨯+=+= 由电路列KVL 方程得
S DQ G GSQ R I U U -=
结型场效应管的转移特性方程为
2)(]1[off GS GSQ
DSS DQ U U I I -=
联立以上两方程，并将G U 及)(off GS U 代入得
DQ GSQ I U ⨯⨯-=3101022.5
23)51(102GSQ DQ U I +
⨯⨯=-
解上述方程组得 V U GSQ 21=
V U GSQ 8.82-= （不合理，舍去） mA I DQ 72.01= mA I DQ 447.12= 故
V R R I E U S D DSQ D DSQ 6.92072.024)(=⨯-=+-=。