华中科技大学《模拟电子技术》课程PPT——Ch 5
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模拟电子技术第1章PPT课件
多数载流子——自由电子 施主离子
少数载流子—— 空穴
7
8
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
8
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
－ － －－
+4 +4
受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子 9
杂质半导体的示意图
(1) 稳定电压UZ ——
在规定的稳压管反向工作电流IZ下UZ，所对应的Iz反min 向工作电u压。
(2) 动态电阻rZ ——
△I
rZ =U /I
rZ愈小，反映稳压管的击穿特性△愈U 陡。
I zmax
(3) 最小稳定工作 电流IZmin——
保证稳压管击穿所对应的电流，若IZ＜IZmin则不能稳压。
(4) 最大稳定工作电流IZmax——
17
EW
R
18
(2) 扩散电容CD
当外加正向电压
不同时，PN结两 + 侧堆积的少子的 数量及浓度梯度 也不同，这就相 当电容的充放电 过程。
P区 耗 尽 层 N 区 －
P 区中电子 浓度分布
N 区中空穴 浓度分布
极间电容（结电容）
Ln
Lp
x
电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
18
19
1.2 半导体二极管
30
31
四、稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管
பைடு நூலகம்
华中科技大学模拟电子技术课件
半导体二极管
1. 半导体二极管的结构和符号 (2) 面接触型二极管
PN结面积大，一般用于 工频、大电流整流电路。
（a）面接触型 （b）集成电路中的平面型
（c）代表符号
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
半导体二极管
1. 半导体二极管的结构和符号 2. 二极管的伏安特性 i IS (e
u / UT
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《模拟电子技术》
半导体二极管
1. 半导体二极管的结构和符号 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。 二极管按结构分有点接触型、面接触型两大类。 (1) 点接触型二极管
PN结面积小，结电 容小，用于检波和 变频等高频电路。
点接触型二极管结构示意图
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
2. PN结外加反向电压
• 高电阻 • 很小的反向漂移电流
由此可以得出结论： PN结具有单向导电性。
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
PN结的单向导电性
PN结的伏安特性
3. PN结的击穿
PN结的反向电压增加到一定数值 时，反向电流突然快速增加，此 现象称为PN结的反向击穿。 热击穿——不可逆 雪崩击穿 电击穿——可逆 齐纳击穿
充填空穴来实现的。 华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
1.1 半导体基础知识
• 半导体材料 硅Si和锗Ge • 半导体的共价键结构 • 本征半导体 • 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 可使半导体的导电性发生显著变化。
掺入的杂质主要是三价或五价元素。 掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
(3) 结电容CJ
华中科技大学《模拟电子技术》课程PPT——Ch 5.
¾ 与BJT对比，如何体现控制关系？
VDD
iD vGS vDS
iD
iC iB vCE vGS 对iD的控制
s
VGG
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线 VDD
＋
耗尽层
预夹断点
vGS1＝VGS＞VT
s
VGG
g
d
vGS2＝VGS＞VT O 截止区 vGS3＜VT vDS
Lec 05
N
＋
N
P B 衬底引线电阻区 vDS <VGS-VT
饱和区 vDS≥VGS-VT
B
s
VGG
g
d
A
预夹断点
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
vDS
10
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（3）VDS和VGS同时作用时
s
VDD VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
13
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 可以构成双口吗？
d T s B T s 共源 g 共栅 B d g B T d 共漏 s
g
14
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程
预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V
VDD
iD vGS vDS
iD
iC iB vCE vGS 对iD的控制
s
VGG
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线 VDD
＋
耗尽层
预夹断点
vGS1＝VGS＞VT
s
VGG
g
d
vGS2＝VGS＞VT O 截止区 vGS3＜VT vDS
Lec 05
N
＋
N
P B 衬底引线电阻区 vDS <VGS-VT
饱和区 vDS≥VGS-VT
B
s
VGG
g
d
A
预夹断点
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
vDS
10
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（3）VDS和VGS同时作用时
s
VDD VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
13
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 可以构成双口吗？
d T s B T s 共源 g 共栅 B d g B T d 共漏 s
g
14
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程
预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V
华中科技大学模拟电子技术课件
《模拟电子技术》
4.1 反馈的基本概念
一、反馈的定义 二、反馈类型及判定方法 3、电压反馈与电流反馈
判断方法：负载短路法
反馈量为零。——电压反馈。
将负载短路，反馈量仍然存在。
电压反馈
将负载短路(未接负载时输出端对地短路),
——电流反馈。
电流反馈
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
4.1 反馈的基本概念
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《模拟电子技术》
4.1 反馈的基本概念
一、反馈的定义
将电子系统输出回路的电量（电压或电流）， 送回到输入回路的过程。
反馈放大电路 基本放大电路的输入 假设信号的传输是 的输入信号 信号（净输入信号）
单向的。
反馈通路——信号反向传输的渠道 开环 ——无反馈通路 闭环 ——有反馈通路 输出信号
《模拟电子技术》
4.2 负反馈对放大电路性能的影响
3、展宽通频带
放大电路加入负反馈后，增益下降，通频带加宽， 如图所示。 无反馈时的通频带 f bw= f H－fL f H， 有反馈时 放大电路高频段的 放大倍数为
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《模拟电子技术》
4.2 负反馈对放大电路性能的影响
3、展宽通频带
X id X i X f 0
一、深度负反馈的特点
《模拟电子技术》
4.2 负反馈对放大电路性能的影响
2、影响输入电阻和输出电阻
UT IT AX id ro UT AFIT ro
闭环输出电阻
UT rof (1 AF )ro IT
电流负反馈
引入电流负反馈后，输出电阻增大了（1+AF）倍。 华中科技大学文华学院
华科模拟电子技术第三章课件
IR 2 0
30
40
iD / A
图2.2.3 锗二极管2AP15的伏安特性
2 半导体二极管及其应用电路
2.1 PN结的基本知识
2.1.3 PN结及其单向导电性
2.2 半导体二极管
2.2.2 二极管的伏安特性 2.2.3 二极管的主要参数 2.2.4 二极管模型
2.3 二极管应用电路
2.3.1 整流电路 2.3.2 限幅电路
▪ 目的2: 判断二极管D是否安全。
(2) 二极管电路的直流分析
(a) 图解分析法
(b) 等效电路(模型)分析法
(3) 二极管电路的交流分析 — 大信号
(4) 二极管电路的交流分析 — 小信号
整流 D
限幅 R
R
+
vI
iD
R vO
vI
iD
例2-2-1和图2-3-1
+
+
+
D
vO
vi
vO
VREF
图2-3-3(习题2-15,16,17）
原子结构
简化模型
+4
温度 光照
掺杂
本征 激发
少子
电子 空穴
复合
N型－ 5价 P型－ 3价
多子－电子 多子－空穴
空间电荷
半导体: 导电特性介于导体和绝缘体之间 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
导电的 1、本征 — 容易受环境因素影响 (温度、光照等) 2个特点 2、掺杂 — 可以显著提高导电能力
2.4 特殊二极管
2.4.1 稳压二极管 击穿特性
• 原理：多子扩散和少子漂移的动态平衡
问题1：二极管(PN结)主要特性是？ 其工程描述方法？
模拟电子技术第五版课件
其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：
I VCC UCE S 12V 6mA
CM
R
2k
c
此时，Q（120uA，6mA，0V），PPT学由 习交流于 IBICM 所以BJT工作在饱和区。
19
2.3 放大电路的交流通路
2.3.1 画交流通路的原则
画出下图的交流通路
• 直流电源：内阻为零，相 当于短路
当 iC 0 时，uCEVCC
当 uCE0 时，iC VRCcC
T
图 2.2.1 基本共射放大电路
PPT学习交流
26
输出回路 输出特性
iC 0，uCE VCC
uCE
0，iC
VCC RC
直流负载线
Q
PPT学习交流
由静态工作点 Q 确 定 的 ICQ 、 UCEQ 为静态值。
27
【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知
PPT学习交流
18
例题
放大电路如图所示。已知BJT
的 ß=80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，（求1）：放大电路的Q点。此时BJT
工作在哪个区域？
（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此 时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱
和压降）
解：（1）
共射极放大电路
IBQ VCC R UBE3 120V 0 4ku 0AICIB8 04u 0A 3.2mA b
PPT学习交流
14
常见的共射放大电路
1.直接耦合共射放大电路 静Q点的计算
Rb2 Rb1
T
V U U
I CC
BEQ
BEQ
BQ
R
R
华中科技大学《模拟电子技术》课程PPT——Ch 6.2
＋VCC
v id v i1 = v ic + 2 v id v i2 = v ic − 2
根据叠加原理，分别 仅考虑差模信号和共 模信号时
Rc1 iC1 vi1 ＋ +vid/2 － ＋ vic －
b1 c1
Rc2 ＋ vO － vO1 vO2 c2 T2 ve iC2
b2
T1
vi2 ＋ -vid/2 － ＋ vic －
A1 105
vi
A2
vo
答： A1不可以，
12 Lec 06-2
A2可以
华中科技大学电信系 张林
6.2.2 直接耦合放大电路中的零点漂移
减小零漂的措施
) 用非线性元件进行温度补偿(仅解决温度的影响) ) 调制解调方式。如“斩波稳零放大器” ) 采用差分式放大电路
13
Lec 06-2
华中科技大学电信系
张林
6.2.1 差分式放大的基本概念
以电压信号为例 根据 v id = v i1 − v i2 1 v ic = ( v i1 + v i2 ) ＋ v 2 － v id 有 v i1 = v ic + 2 v id v i2 = v ic − 2
ic
vi1 ＋ +vid/2 － － -vid/2 ＋ ＋ vid － vi2
20
Lec 06-2
华中科技大学电信系
张林
6.2.3 BJT射极耦合差分式放大电路
¾ 为什么对差模信号放大和对共模信号放大不同？ ＋ v － i i
C1 o
Rc1
Rc2
仅差模信号输入时
<A>双端输出时电压增益
c1
vi1 ＋ +vid/2 －
v id v i1 = v ic + 2 v id v i2 = v ic − 2
根据叠加原理，分别 仅考虑差模信号和共 模信号时
Rc1 iC1 vi1 ＋ +vid/2 － ＋ vic －
b1 c1
Rc2 ＋ vO － vO1 vO2 c2 T2 ve iC2
b2
T1
vi2 ＋ -vid/2 － ＋ vic －
A1 105
vi
A2
vo
答： A1不可以，
12 Lec 06-2
A2可以
华中科技大学电信系 张林
6.2.2 直接耦合放大电路中的零点漂移
减小零漂的措施
) 用非线性元件进行温度补偿(仅解决温度的影响) ) 调制解调方式。如“斩波稳零放大器” ) 采用差分式放大电路
13
Lec 06-2
华中科技大学电信系
张林
6.2.1 差分式放大的基本概念
以电压信号为例 根据 v id = v i1 − v i2 1 v ic = ( v i1 + v i2 ) ＋ v 2 － v id 有 v i1 = v ic + 2 v id v i2 = v ic − 2
ic
vi1 ＋ +vid/2 － － -vid/2 ＋ ＋ vid － vi2
20
Lec 06-2
华中科技大学电信系
张林
6.2.3 BJT射极耦合差分式放大电路
¾ 为什么对差模信号放大和对共模信号放大不同？ ＋ v － i i
C1 o
Rc1
Rc2
仅差模信号输入时
<A>双端输出时电压增益
c1
vi1 ＋ +vid/2 －
华中科技大学模拟电子技术课件
《模拟电子技术》
2.3 放大电路的分析方法
三、静态工作点稳定电路
例：放大电路如图，已知三极管β =50，UBEQ=0.7V。 （1）估算放大电路的静态工作点。 （2）估算放大电路的Au、ri、ro。 R 解：(1) U BQ 1 U CC 4V
I CQ
R1 R2 U BQ U BEQ I EQ 1mA Re
2、图解法
分析非线性失真 分析最大不失真输出电压Uom
Uom
静态工作点设在 交流负载线的中点 华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
2.3 放大电路的分析方法
二、放大电路的动态分析
3、解析法
Uo 电压放大倍数 Au U i Ui 输入电阻 Ri I
i
输出电阻
Uo Ro (U S 0, RL ) Io
采用该方法分析静态工作点，必须已知 三极管的输入输出特性曲线。
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《模拟电子技术》
2.3 放大电路的分析方法
列输出回路方程（直流负载线）
列输入回路方程
uBE U CC iB Rb
UCE=UCC－iCRc
在输入特性曲线上，作出直线 uBE =UU CC RB，与IBQ曲线 在输出特性曲线上，作出直流负载线 UCE CC－iC i c Rb ，两线
Vo ( j ) 其中：AV ( ) 称为幅频响应 ( j ) Vi
( ) o ( ) i ( ) 称为相频响应
衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。
其 中 ： f H — —上限频率
f L — —下限频率
通频带：f BW f H f L
华中科技大学文华学院
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¾ 与BJT对比，如何体现控制关系？
VDD
iD vGS vDS
iD
iC iB vCE vGS 对iD的控制
s
VGG
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线 VDD
＋
耗尽层
预夹断点
vGS1＝VGS＞VT
s
VGG
g
d
vGS2＝VGS＞VT O 截止区 vGS3＜VT vDS
Lec 05
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
12
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
其它类型的MOSFET —— N沟道耗尽型MOSFET
二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子，已存在导电沟道 可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流
s g 掺杂后具有正 离子的绝缘层 d 二氧化硅
d 衬底 g B s
＋＋＋＋＋＋＋ ＋＋＋ ＋ ＋ N N 耗尽层 N 型沟道 P
s
VDD
VGG
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
VDS↑ →ID↑ →沟道电位梯度↑
→靠近漏极d处的电位升高 →电场强度减小 →沟道变薄
iD
耗尽层
VDD s VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
8 Lec 05
vDS
华中科技大学电信系 张林
整个沟道呈楔形分布
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
原理小结
沟道中只有一种类型的载流子参与导电，所以场效应管也称 为单极型三极管。 MOSFET的栅极是绝缘的，所以iG≈0，输入电阻很高。 MOSFET是电压控制电流器件（VCCS），iD受vGS控制。 只有当vGS>VT时，增强型MOSFET的d、s间才能导通。 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。
预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V
i D = f (v DS ) vGS = const.
iD/mA
② 可变电阻区 vGS >VT ，vDS <（vGS－VT）
＋
VDS一定，VGS变化时
给定一个vGS ，就有一 条不同的 iD – vDS 曲线。
iD
耗尽层
VDD s VGG g
d
预夹断点
vGS1＝VGS＞VT
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
vGS2＝VGS＞VT O 截止区 vGS3＜VT vDS
Lec 05
耗尽层
11
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
（2）VDS对沟道的控制作用 当VGS一定（VGS >VT ）时，
s
VDD VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
VDS↑ →ID↑ →沟道电位梯度↑ 当VDS增加到使VGD=VT 时，
在紧靠漏极处出现预夹断。
iD
耗尽层
VDD s VGG g
d
A
预夹断点
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
9 Lec 05
13
Lec 05
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 可以构成双口吗？
d T s B T s 共源 g 共栅 B d g B T d 共漏 s
g
14
Lec 05
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程
预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V
2 0 3 6 9
截止区
12
15
vDS/V
－6
－4
－2
0
2
4
vGS/V
23
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
其它类型的MOSFET —— P沟道MOSFET
d d
g
B
g
B
s
s
¾ 衬底是什么类型的半导体材料？ ¾ 哪个符号是增强型的？ ¾ 在增强型的P沟道MOSFET 中， vGS 应加什么极性的电压 才能工作在饱和区（线性放大区）？
开启电压
必须依靠栅极外加电压才能产生反 型层的MOSFET称为增强型器件
7 Lec 05
s
VGG
g
d
N
＋
N
N 型感生沟道（反型层）
＋
耗尽层
P B 衬底引线
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（2）VDS对沟道的控制作用 当VGS一定（VGS >VT ）时，
rdso是一个受vGS控
制的可变电阻
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程 ② 可变电阻区
iD ≈ 2 K n ( vGS − VT ) vDS 1 rdso = 2 K n (VGS − VT )
iD/mA 可变电阻区 2 (非饱和区) 饱和区 1.5 2.5V 1 预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V
可变 电阻区 vDS <VGS-VT
饱和区 vDS≥VGS-VT
B
s
VGG
g
d
A
预夹断点
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
vDS
10
Lec 05
华中科技大学电信系
张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（3）VDS和VGS同时作用时
s
VDD VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
i D = f (v DS ) vGS = const.
① 截止区 当 vGS ＜ VT 时，导电沟道 尚未形成， iD ＝ 0 ，为截 止工作状态。
iD/mA
可变电阻区 2 (非饱和区)
15
Lec 05
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程
2 iD = K n [2( vGS − VT ) vDS − vDS ]
可变电阻区 2 (非饱和区)
由于vDS较小，可近似为
iD ≈ 2 K n ( vGS − VT ) vDS
rdso
16
dvDS = di D
Lec 05
vGS
1 = 2 K n (VGS − VT ) =常数
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24
Lec 05
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
与BJT类似，FET也有器件参数，选用时必须以此为依据 一、直流参数
1. 开启电压VT （增强型参数） 2. 夹断电压VP （耗尽型参数） 3. 饱和漏电流IDSS （耗尽型参数） 4. 直流输入电阻RGS （109Ω～1015Ω ）
N
＋
W
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张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
N沟道增强型结构
源极 s 铝 栅极 g 铝 漏极 d 铝 SiO2 绝缘层
d 衬底 g B s
N
＋
N
P 型硅衬底
＋
耗尽层
B 衬底引线
剖面图
符号
5
Lec 05
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MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（1）VGS对沟道的控制作用 当VGS≤0时 无导电沟道， d、s间加 电压时，也无电流产生。 当0 <VGS <VT 时 产生电场，但未形成导电 沟道（反型层），d、s间加电 压后，没有电流产生。
s VGG s VGG g d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
6
Lec 05
张林
华中科技大学电信系
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程 ③ 饱和区 （恒流区又称放大区） vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT）
iD/mA 可变电阻区 2 (非饱和区) 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V 预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V
I-V 特性：
iD = K n ( vGS − VT ) 2
必 须 让 FET 工 作 在 饱 和 区 （Lec 05
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MOSFET是如何实现信号放大的？
VDD
iD vGS vDS
iD
iC iB vCE vGS 对iD的控制
s
VGG
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线 VDD
＋
耗尽层
预夹断点
vGS1＝VGS＞VT
s
VGG
g
d
vGS2＝VGS＞VT O 截止区 vGS3＜VT vDS
Lec 05
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
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MOSFET是如何实现信号放大的？
其它类型的MOSFET —— N沟道耗尽型MOSFET
二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子，已存在导电沟道 可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流
s g 掺杂后具有正 离子的绝缘层 d 二氧化硅
d 衬底 g B s
＋＋＋＋＋＋＋ ＋＋＋ ＋ ＋ N N 耗尽层 N 型沟道 P
s
VDD
VGG
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
VDS↑ →ID↑ →沟道电位梯度↑
→靠近漏极d处的电位升高 →电场强度减小 →沟道变薄
iD
耗尽层
VDD s VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
8 Lec 05
vDS
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整个沟道呈楔形分布
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
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MOSFET是如何实现信号放大的？
原理小结
沟道中只有一种类型的载流子参与导电，所以场效应管也称 为单极型三极管。 MOSFET的栅极是绝缘的，所以iG≈0，输入电阻很高。 MOSFET是电压控制电流器件（VCCS），iD受vGS控制。 只有当vGS>VT时，增强型MOSFET的d、s间才能导通。 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。
预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V
i D = f (v DS ) vGS = const.
iD/mA
② 可变电阻区 vGS >VT ，vDS <（vGS－VT）
＋
VDS一定，VGS变化时
给定一个vGS ，就有一 条不同的 iD – vDS 曲线。
iD
耗尽层
VDD s VGG g
d
预夹断点
vGS1＝VGS＞VT
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
vGS2＝VGS＞VT O 截止区 vGS3＜VT vDS
Lec 05
耗尽层
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MOSFET是如何实现信号放大的？
（2）VDS对沟道的控制作用 当VGS一定（VGS >VT ）时，
s
VDD VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
VDS↑ →ID↑ →沟道电位梯度↑ 当VDS增加到使VGD=VT 时，
在紧靠漏极处出现预夹断。
iD
耗尽层
VDD s VGG g
d
A
预夹断点
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
9 Lec 05
13
Lec 05
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MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 可以构成双口吗？
d T s B T s 共源 g 共栅 B d g B T d 共漏 s
g
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Lec 05
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MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程
预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V
2 0 3 6 9
截止区
12
15
vDS/V
－6
－4
－2
0
2
4
vGS/V
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Lec 05
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MOSFET是如何实现信号放大的？
其它类型的MOSFET —— P沟道MOSFET
d d
g
B
g
B
s
s
¾ 衬底是什么类型的半导体材料？ ¾ 哪个符号是增强型的？ ¾ 在增强型的P沟道MOSFET 中， vGS 应加什么极性的电压 才能工作在饱和区（线性放大区）？
开启电压
必须依靠栅极外加电压才能产生反 型层的MOSFET称为增强型器件
7 Lec 05
s
VGG
g
d
N
＋
N
N 型感生沟道（反型层）
＋
耗尽层
P B 衬底引线
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MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 如何让该MOSFET导电？
（2）VDS对沟道的控制作用 当VGS一定（VGS >VT ）时，
rdso是一个受vGS控
制的可变电阻
MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程 ② 可变电阻区
iD ≈ 2 K n ( vGS − VT ) vDS 1 rdso = 2 K n (VGS − VT )
iD/mA 可变电阻区 2 (非饱和区) 饱和区 1.5 2.5V 1 预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V
可变 电阻区 vDS <VGS-VT
饱和区 vDS≥VGS-VT
B
s
VGG
g
d
A
预夹断点
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
O
vDS
10
Lec 05
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¾ 如何让该MOSFET导电？
（3）VDS和VGS同时作用时
s
VDD VGG g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
i D = f (v DS ) vGS = const.
① 截止区 当 vGS ＜ VT 时，导电沟道 尚未形成， iD ＝ 0 ，为截 止工作状态。
iD/mA
可变电阻区 2 (非饱和区)
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¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程
2 iD = K n [2( vGS − VT ) vDS − vDS ]
可变电阻区 2 (非饱和区)
由于vDS较小，可近似为
iD ≈ 2 K n ( vGS − VT ) vDS
rdso
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dvDS = di D
Lec 05
vGS
1 = 2 K n (VGS − VT ) =常数
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Lec 05
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MOSFET是如何实现信号放大的？
与BJT类似，FET也有器件参数，选用时必须以此为依据 一、直流参数
1. 开启电压VT （增强型参数） 2. 夹断电压VP （耗尽型参数） 3. 饱和漏电流IDSS （耗尽型参数） 4. 直流输入电阻RGS （109Ω～1015Ω ）
N
＋
W
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N沟道增强型结构
源极 s 铝 栅极 g 铝 漏极 d 铝 SiO2 绝缘层
d 衬底 g B s
N
＋
N
P 型硅衬底
＋
耗尽层
B 衬底引线
剖面图
符号
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¾ 如何让该MOSFET导电？
（1）VGS对沟道的控制作用 当VGS≤0时 无导电沟道， d、s间加 电压时，也无电流产生。 当0 <VGS <VT 时 产生电场，但未形成导电 沟道（反型层），d、s间加电 压后，没有电流产生。
s VGG s VGG g d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
g
d
N
＋
N
P B 衬底引线
＋
耗尽层
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Lec 05
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MOSFET是如何实现信号放大的？
¾ 控制关系是线性的吗？
输出特性曲线及大信号特性方程 ③ 饱和区 （恒流区又称放大区） vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT）
iD/mA 可变电阻区 2 (非饱和区) 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V 预夹断临界点轨迹 vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT) 3V
I-V 特性：
iD = K n ( vGS − VT ) 2
必 须 让 FET 工 作 在 饱 和 区 （Lec 05
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