模电第04章场效应管放大电路(康华光)-1讲解
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模电第04章三极管及放大电路基础(康华光)-1ppt课件
EC
方法1:若VB＞VC ＞VE且VCE≈0
方法2: IB≥ ICS
三极管可靠饱和
其中：ICS为VCE≈0的IC
本图中： I CS
EC RC
.
IC
C
VCE E
RC
EC
（1-11）
(2) 截止区：VBE≤0,IB ≤0区域,发射e结反偏,集电c结反偏 特点:VBE＜死区电压, IB≤0≈0,IC≤ICEO≈ 0 , VCE≈EC
IC RC
IB B
C VCE
RB
VBE EB
E IE
EC
如何判断是否截止？ 方法1: VBE ≤0(或死区电压) 方法2: VC＞VE≥VB 三极管可靠截止
IC
VCE
C RC
E
EC
. （1-13）
(3) 放大区：IC=IB区域 , 发射结e正偏，集电结c反偏 特点: IC=IB , 且 IC = IB , VCE＝EC－IC RC
共集电极接法:集电极作为输 入输出公共端, 用CC表示。
.
e
c
输入
输出
b
b 输入
e
输出 c
（1-4）
四.电流放大原理 (以NPN管共e 极为例) C
若:VC>VB>VE , e 结正偏,c 结反偏
则电路特点：
N
IE = IC ＋IB
B
P
ICIBICEO IB
I C 或： IC
—
IB
IB
:直流电流放大系数
集电区： 集电极 C 面积最大
基极 B N P
N
二. 图形符号
发射极 E
基区：最薄， 掺杂浓度最低
发射区：掺 杂浓度最高
第四章场效应管放大电路
一、N沟道MOS管的直流参数 (1).开启电压VT:
N沟道MOS管，在VGS＜VT时，不能形成导电 沟道，管子处于截止状态；只有当VGS≥VT时，才有沟 道形成。 VT——开启电压。
这种在VGS=0时没有沟道，只有VGS≥VT时才能 形成感生导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。
第四章 场效应管放大电路
→形成由栅极指向P型
衬底的纵向电场
+
→将靠近栅极下方的空 穴向下排斥
-
→形成耗尽层。
第四章 场效应管放大电路
现假设vDS=0V，在s、g间加一电压vGS＞0V 当vGS增大时→耗尽层增宽，并且该大电场会 把衬底的自由电子吸引到
耗尽层与绝缘层之间，形
成一N型薄层，构成漏-源 之间的导电沟道，称为反
N沟道耗尽型 MOS管 与 N沟 道 增 强型MOS管基本相 似。
区别：耗尽型
MOS 管 在 vGS=0 时 ，漏－源极间已有 导电沟道产生；
增强型MOS管要
在vGS≥VT时才出现 导电沟道。
5.1.5
第四章 场效应管放大电路
N沟道耗尽型MOSFET 在栅极下方的SiO2 层中掺入了大量的金 属正离子。所以当 vGS=0 时 ， 这 些 正 离 子 已经感应出反型层， 形成了沟道。
夹断区
VT
2VT
第四章 场效应管放大电路
①截止区: vGS<vT
无导电沟道,iD=0,管子处于截止区.
②可变电阻区: vDS< vGS-vT
iD
K n [2(GS
T
)DS
2 DS
]
Kn
nCox
2
(W L
)
单位：mA V 2
N沟道MOS管，在VGS＜VT时，不能形成导电 沟道，管子处于截止状态；只有当VGS≥VT时，才有沟 道形成。 VT——开启电压。
这种在VGS=0时没有沟道，只有VGS≥VT时才能 形成感生导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。
第四章 场效应管放大电路
→形成由栅极指向P型
衬底的纵向电场
+
→将靠近栅极下方的空 穴向下排斥
-
→形成耗尽层。
第四章 场效应管放大电路
现假设vDS=0V，在s、g间加一电压vGS＞0V 当vGS增大时→耗尽层增宽，并且该大电场会 把衬底的自由电子吸引到
耗尽层与绝缘层之间，形
成一N型薄层，构成漏-源 之间的导电沟道，称为反
N沟道耗尽型 MOS管 与 N沟 道 增 强型MOS管基本相 似。
区别：耗尽型
MOS 管 在 vGS=0 时 ，漏－源极间已有 导电沟道产生；
增强型MOS管要
在vGS≥VT时才出现 导电沟道。
5.1.5
第四章 场效应管放大电路
N沟道耗尽型MOSFET 在栅极下方的SiO2 层中掺入了大量的金 属正离子。所以当 vGS=0 时 ， 这 些 正 离 子 已经感应出反型层， 形成了沟道。
夹断区
VT
2VT
第四章 场效应管放大电路
①截止区: vGS<vT
无导电沟道,iD=0,管子处于截止区.
②可变电阻区: vDS< vGS-vT
iD
K n [2(GS
T
)DS
2 DS
]
Kn
nCox
2
(W L
)
单位：mA V 2
模电--场效应管放大电路康华光共60页文档
6受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
模电--场效应管放大电路康华光
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
模电--场效应管放大电路康华光
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
模电 康华光04
Uo
s
Ui U gs
ri RG R1 // R2
1.0375M
ro=RD=10k
Uo gm U gs (RD // RL )
Au g m R'L
例题：设 gm=3mA/V，=50，rbe = 1.7k
R1
C1 3M RD 10k R3 82k RC
R3
Ic
RC
Us
U gs
s
RL U o
Au=Au1Au2 =(-4.4) (-147) =647
ri 750 Aus Au 647 630 RS ri 20 750
作业：4.4.4；4.5.4
（2）高频模型
4.4 结型 场效应管
2. 动态指标分析
（1）中频小信号模型
4.4 结型 场效应管
2. 动态指标分析
由输入输出回路得
（2）中频电压增益
忽略 rD
Vi Vgs gmVgs R Vgs (1 gm R) Vo gmVgs Rd
gm Rd 则 AVm 1 gm R
o b c
则电压增益为
V o gm Rc 128.6 AVM 1 gm R2 Vi
Ri Rg 5 M
Ro Rc 20 k
由于 Rg Rs
则
V o V i V o R i AVM A 128.6 AVsM {end} VM Rs R i Vs Vi Vs
所以
VT 1 1 Ro R // 1 IT gm gm R
4.4 结型 场效应管
3. 三种基本放大电路的性能比较
第4章场效应管及其放大电路
uDS >U(BR)DS 后，由于导电沟道所承受的电压降太高，电场很强，致使
栅漏间的 PN 结发生雪崩击穿，漏极电流 iD 迅速增大，因此该区域称
为击穿区。进入击穿区后 FET 不能正常工作，并且可能因为漏极电流
iD 太大而烧毁 FET，通常不允许 FET 工作在击穿区。
4) 截止区。图 4-5a 的(4)区成为 FET 的截止区。当 uGS <UGS(off) ，
场效应管根据结构和工作原理的不同，分为两大类：结型场效 应管(Junction Field Effect Transistor, JFET)和金属－氧化物－半导体 场效应管（MOSFET） ，其中包括耗尽型和增强型。本章先介绍 JFET和MOSFET的结构、工作原理、特性曲线及主要参数，再讨论 场效应管放大电路的3种组态：共源极、共漏极和共栅极放大电路。
10/6/2019
4.1 结型场效应管(JFET)
4.1 N沟道结型场效应管
4.1.1 N沟道结型场效应管的结构
(Drain)
d
(Drain)
g
s
N 沟道
d
(Gate)
(Gate)
(Source)
(Source)
(a) N沟道JFET的结构
(b) P沟道JFET的结构
图4-1 结型场效应管的结构及符号
MOSFET 的栅极处于绝缘状态，其输入电阻可以高达 1015 。
10/6/2019
4.2.1 N沟道增强型M吕电极
SiO2 s
g
绝缘层绝缘层
N
d 铝电极
N
d
g
b
增强型N沟道 s
d
阻挡层
g
b
P 衬底
栅漏间的 PN 结发生雪崩击穿，漏极电流 iD 迅速增大，因此该区域称
为击穿区。进入击穿区后 FET 不能正常工作，并且可能因为漏极电流
iD 太大而烧毁 FET，通常不允许 FET 工作在击穿区。
4) 截止区。图 4-5a 的(4)区成为 FET 的截止区。当 uGS <UGS(off) ，
场效应管根据结构和工作原理的不同，分为两大类：结型场效 应管(Junction Field Effect Transistor, JFET)和金属－氧化物－半导体 场效应管（MOSFET） ，其中包括耗尽型和增强型。本章先介绍 JFET和MOSFET的结构、工作原理、特性曲线及主要参数，再讨论 场效应管放大电路的3种组态：共源极、共漏极和共栅极放大电路。
10/6/2019
4.1 结型场效应管(JFET)
4.1 N沟道结型场效应管
4.1.1 N沟道结型场效应管的结构
(Drain)
d
(Drain)
g
s
N 沟道
d
(Gate)
(Gate)
(Source)
(Source)
(a) N沟道JFET的结构
(b) P沟道JFET的结构
图4-1 结型场效应管的结构及符号
MOSFET 的栅极处于绝缘状态，其输入电阻可以高达 1015 。
10/6/2019
4.2.1 N沟道增强型M吕电极
SiO2 s
g
绝缘层绝缘层
N
d 铝电极
N
d
g
b
增强型N沟道 s
d
阻挡层
g
b
P 衬底
康华光模电第四章课件
传输到集电极的电流 I CN 定义 即 传输到基极的电流 I BN
根据 且令 IB=IBN－ ICBO IC= ICN+ ICBO ICEO= (1+ ) ICBO （穿透电流）
I C I CBO I B I C ( 1 )I CBO I B I CBO IC I C I CEO 则 当 I C I CEO 时 ， IB IB
vO 0.98V Av 49 vI 20mV
综上所述，三极管的放大作用，主要是依 靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到 达集电极而实现的。即表现为很小的发射结电 压的变化引起较大的电流变化。不论哪种组态， 其放大作用均是由于内部固定的电流控制关系 产生的，因此，BJT被称为电流控制器件。
空穴
IC= ICN +ICBO ICN= IEN - IBN
集电区：收集载流子
b
基区：传送和控制载流子
电子
IB= IEP + IBN – ICBO = IEP + IEN - ICN –ICBO = IE - IC
于是可得如下电流关系式： IE= IEN＋ IEP ≈IEN IEN=ICN+ IBN 且有IEN>>IEP 且有IEN>> IBN ， ICN>>IBN
IC= β IB+ICEO
IB=IBN+ICBO IE = IC+IB
忽 略I CBO、I CEO IC IE IC IB
3. 三极管的三种组态
双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。 三种接法也称三种组态。
第四章 场效应管放大电路
4.1.1 JFET的结构和工作原理
• 1. 结构
JFET的结构示意图如图所示： P+ ——高掺杂的P型区
1）在N型半导体上，扩散两个高掺 杂的P型区，形成两个PN结。 2）N——电极d——漏极，流走载流子
电极s——源极，发源载流子
3）两边P区引出栅极g（控制载流子 运动） 4）中间部分——导电沟道
P沟道 N沟道
2. 工作原理 （以N沟道JFET为例）
利用PN结的特性 采用外加反压控制PN结厚薄 的方法控制电流的变化。 加反偏后↑→耗尽区宽→i↓
iD的形成： 在vDS电压作用下，多子产 生漂移运动。 漂移：在电场力作用下的 运动。 扩散：由密度大→小运动
2. 工作原理 4.1 结型
场效应管
2. 工作原理 （以N沟道JFET为例）
区别： 三极管：电流控制器
件，输入电流控制输出电 流。
场效应管：电压控制 器件，输入电压控制输出 电流。
4.1.2 JFET的特性曲线及参数
• 1. 输出特性 iD f (v ) DS vGS const.
Ⅰ. 可变电阻区 特点：vDS比较小 1）vDS=0，iD=0 2）vDS↑，iD↑（vJFET的特性曲线及参数
• 1. 输出特性 iD f (v ) DS vGS const.
Ⅲ. 击穿区 特点：vDS=某值后，iD↑↑ PN结反向击穿造成。 夹断电压：VP vGS=VP时，两边的耗尽区合拢，iD→0，此时的vGS值叫夹断电压。 予夹断：vDS↑到一定值时，vDG=VP时，两边耗尽区开始合拢于一 点（A）——叫予夹断。 夹断：予夹断出现后，vDS↑→vGS=VP，沟道合拢，iD=0，管子截 止。
4.1.2 JFET的特性曲线及参数
模拟电子技术-康光华(第五版)第四章讲解
c
一起， iC iB
3）饱和压降UCES：
UCES随iC的增大而略有增大，
典型值：UCES=0.3V
4）临界饱和：集电结零偏，uCE=uBE
ICn2
iB b
ICP iCn1
N
RC
iB1
P
Rb
EC
EB
iEP
e
iEn iE
N
3、截止区： 发射结反偏，集电结反偏
饱 和
uBE<0， uBC<0
区
iC 临界饱和线 放大区
NPN管 : UC UB U E
PNP管 : UC U B U E
C
E
7.5V
B
3.5V
3.2V
1、基极电位UB居中； 2、发射结压降: |UBE| = 0.7（0.6）V （硅管）
|UBE| = 0.2（0.3）V （锗管）
3、NPN管的集电极电位UC最高，发射极电位UE最低；
PNP管的集电极电位UC最低，发射极电位UE最高；
结构：由两个PN结和三个杂质半导体区域组成。 有两个基本类型： NPN型
PNP型
1)NPN 型
三个区域：
B 基极
发射区（E区）：高渗杂
基 区（B区） ：薄、低渗杂
集电区（C区） ：渗杂适中
C 集电极
集电区N 基区 P 发射区 N+
集电结 发射结
两个PN结：
E 发射极
发射结（BE结） 集电结（CB结）
b + iB u-BE
c
iC +
uCE
iE -
e
PCM——pC的平均值不允许超
过极限值。
4、极限参数： 3) 反向击穿电压
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第四章
场效应管放大电路
重点： 1.掌握场效应管的工作原理、特性曲线； 2.学会判断场效应管的工作状态； 3.掌握场效应管放大电路(特别是结型场效应管
JFET放大电路)的分析方法。
场效应管简介
——场效应管(Field Effect Transistor，简称FET)
BJT(三极管)是一种电流控制元件(iB~ iC)。工作时，多数载流子和少数载流子都 参与运行，所以能耗大，温度特性差。
耗尽层 (PN结)
N+
N+
P衬 底
P型硅衬底
-
衬 底b
高掺杂N区
（1-6）
3.增强型N沟道MOSFET的放大原理
共源极接法的接线：
经实验证明: (1)栅极电流ig≈0
由于栅极是绝缘的,GS之 间输入电阻很高,最高可达 1014,因此栅极电流ig≈0 。
d iD +
g
vDS
+ vGS
ig s
-
+
VCC -
一个接通的开关。
ID/mA
VGS= 6V VGS= 5V
VGS= 4V VGS= 3V
d + iD
g
vDS
+ vGS
ig s -
-
RD
+
VCC -
VGS= 2V VGS=VT
VDS/V
（1-23）
(3)恒流区(饱和区,相当于BJT放大区)
判断: VDS ≥vGS-VT 且VGS ＞VT
特点: vDS＝vCC -iDRD
（恒流区又称放大区）
vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT）
V-I 特性：
iD Kn (vGS VT )2
K
nVT2
(
vG S VT
1)2
I
DO
(
vG S VT
1)2
IDO KnVT2 是vGS＝2VT时的iD
（1-18）
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
（2）转移特性
iD=Kn (vGS-VT )2 可见:若vGS恒定, 则iD恒定 ——恒流源特点
ID/mA
这时场效应管D~S端相当于:
一个受vGS控制的恒流源
d + iD
g
vDS
+ vGS
ig s -
-
RD
+
VCC -
恒流区 饱和区 VGS= 6V VGS= 5V VGS= 4V VGS= 3V VGS= 2V VGS=VT
v DS
——低频跨导
（1-30）
(2)漏极特性曲线(iD vDS/vGS=constant >VP)
(输出特性曲线)
可变电阻区
ID/mA
d + iD RD 16
g
vDS
+ ig s vGS
+ 12
VCC 8
-
4
-
04
预夹断轨迹: vDS =vGS-VP
耗尽型的MOS管VGS= 0时就有导电沟道，加反向电
压到一定值时才能夹断。
ID/mA
d + iD
g
vDS
+ vGS
ig s -
-
RD
+
VCC -
夹断电压
16
ID1SS2 8
饱和漏 极电流
VP
4
VGS /V
-3 –2 –1 0 1 2
曲线上某点的斜率：
gm
Δ ID Δ VG S
VDS
iD vGS
VDS/V
（1-24）
二 .增强型P沟道绝缘栅场效应管
1.结构
2、符号
D
P+
P+
NFET的放大原理
分析方法与增强型N沟道相同，只不过须将所有的 电压电流方向、大于小于号方向反过来。
其特性曲线如P97所示。
（1-25）
三.耗尽型N沟道绝缘栅场效应管
如果MOS管在制造时导电沟道就已形成，称为耗 尽型场效应管。
(2)当vDS变化, vGS =constant>VP时 若vDS整个沟道呈楔形分布。此时若vDS iD 当vDS增加到使vDS =(vGS -VP )时,在紧靠D处出现预夹断。 预夹断后,vDS夹断区延长沟道电阻iD基本不变（1。-29）
5、特性曲线
(1)转移特性曲线(iD vGS/vDS=constant)
(2)当栅源电压vGS变化, 漏源电压vDS =constant>0时 若vGS ≤VT (开启电压) :漏极电流iD=0 若vGS >VT: vGS 越大, iD越大——互导放大作用
(3)当漏源电压VDS变化, 栅源电压vGS =constant>VT时
若vDS=0: iD=0 若0< vDS <(vGS -VT ) : vDS越大, iD越大
d + iD
经实验证明: (1)栅极电流ig≈0
g
vDS
+ vGS
ig s -
-
RD
+
VCC -
由于栅极G与D、B、S是绝缘的,所以ig≈0
(2)当栅源电压vGS变化, 漏源电压vDS =constant>0时:
vGS ≤VP (夹断电压,VP＜0) :漏极电流iD=0
vGS >VP: vGS 越大, iD越大——互导放大作用
靠近漏极d处的电位升高 电场强度减小 沟道变薄
整个沟道呈楔形分布
（1-10）
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， 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。
在预夹断处：vGD=vGS-vDS =VT
源 极s 栅 极-g 漏 极d
- –vGS+
-
N+
N+
纵向电场足够大→将P区少
子电子聚集到P区表面→形成
P衬 底
导电沟道。
当d~s间加电压后,将有漏极 电流id产生。
b衬 底b N型导电沟道
vGS愈高，导电沟道愈宽，相同vDS条件
下id越大。
（1-9）
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDS ID 沟道电位梯度
JFET 结型
增强型
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道 P沟道
N沟道 （耗尽型）
P沟道
耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在 增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道
（1-3）
§4.1 金属-氧化物-半导体场效应管
——MOS场效应管、绝缘栅场效应管: Metal Oxide Semiconductor FET, 简称MOSFET
其中
Kn
K n 2
W
L
nCox W
2 L
n ：反型层中电子迁移率
Cox ：栅极（与衬底间）氧 化层单位面积电容
Kn' nCox 本征电导因子 Kn为电导常数，单位：mA/V2
（1-17）
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
（1）输出特性及大信号特性方程
③ 饱和区
1.结构
SiO2绝缘层中 掺有正离子
2.符号
D
感应出N型 导电沟道
G
S
（1-26）
5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
1. 结构和工作原理（N沟道）
二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子 可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流
（1-27）
3.耗尽型N沟道MOSFET的放大原理 共源极接法的接线：
N+
N+
P衬 底
b衬 底b
(3)由于栅极G与D、B、S是绝缘的，栅极电流ig≈0 输入电阻：ri＝vGS/ig ，很高，最高可达1014 。 （1-14）
(2)当vDS变化, 栅源电压vGS =constant>VT时
若vDS沟道产生电位梯度 靠近漏极d处的电位高, 电场强
–VCC+
度小, 沟道薄。靠近源极s处的电 位低, 电场强度大, 沟道厚。 整个沟道呈楔形分布。
源 极s 栅 极-g 漏 极d
- –vGS+
-
此时, vDS iD 当vDS增加到使vGS-vDS=VT时， 在紧靠漏极处出现预夹断。 在预夹断处： vDS =(vGS -VT ) 预夹断后，vDS夹断区延长 沟道电阻iD基本不变
N+
N+
P衬 底
b衬 底b
(3)由于栅极G与D、B、S是绝缘的，栅极电流ig≈0 输入电阻：ri＝vGS/ig ，很高，最高可达1014 。 （1-15）
由于制造时已经形成了沟道，所以在vGS=0时,若漏– 源之间加上一定的电压vDS,也会有漏极电流 iD 产生。 当vGS>0时,导电沟道变宽,iD增大; 当vGS<0时,使导电沟道变窄,iD减 小;vGS负值愈高,沟道愈窄,iD就愈小。 当vGS(=夹断电压VP) 达到一定负值 时,N型导电沟道消失, iD=0, 称为场 效应管截止。
(3)当漏源电压VDS变化, 栅源电压vGS =constant>VP时:
0< vDS <(vGS -VP ) : vDS越大, iD越大
饱和漏极电流
vDS>(vGS-VP ):vDS越大,iD恒定,且iD=IDSS(1-vGS/VP )2 （1-28）
4.耗尽型N沟道MOSFET的内部微观原理 (1)当vGS变化, vDS =constant>0时
场效应管放大电路
重点： 1.掌握场效应管的工作原理、特性曲线； 2.学会判断场效应管的工作状态； 3.掌握场效应管放大电路(特别是结型场效应管
JFET放大电路)的分析方法。
场效应管简介
——场效应管(Field Effect Transistor，简称FET)
BJT(三极管)是一种电流控制元件(iB~ iC)。工作时，多数载流子和少数载流子都 参与运行，所以能耗大，温度特性差。
耗尽层 (PN结)
N+
N+
P衬 底
P型硅衬底
-
衬 底b
高掺杂N区
（1-6）
3.增强型N沟道MOSFET的放大原理
共源极接法的接线：
经实验证明: (1)栅极电流ig≈0
由于栅极是绝缘的,GS之 间输入电阻很高,最高可达 1014,因此栅极电流ig≈0 。
d iD +
g
vDS
+ vGS
ig s
-
+
VCC -
一个接通的开关。
ID/mA
VGS= 6V VGS= 5V
VGS= 4V VGS= 3V
d + iD
g
vDS
+ vGS
ig s -
-
RD
+
VCC -
VGS= 2V VGS=VT
VDS/V
（1-23）
(3)恒流区(饱和区,相当于BJT放大区)
判断: VDS ≥vGS-VT 且VGS ＞VT
特点: vDS＝vCC -iDRD
（恒流区又称放大区）
vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT）
V-I 特性：
iD Kn (vGS VT )2
K
nVT2
(
vG S VT
1)2
I
DO
(
vG S VT
1)2
IDO KnVT2 是vGS＝2VT时的iD
（1-18）
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
（2）转移特性
iD=Kn (vGS-VT )2 可见:若vGS恒定, 则iD恒定 ——恒流源特点
ID/mA
这时场效应管D~S端相当于:
一个受vGS控制的恒流源
d + iD
g
vDS
+ vGS
ig s -
-
RD
+
VCC -
恒流区 饱和区 VGS= 6V VGS= 5V VGS= 4V VGS= 3V VGS= 2V VGS=VT
v DS
——低频跨导
（1-30）
(2)漏极特性曲线(iD vDS/vGS=constant >VP)
(输出特性曲线)
可变电阻区
ID/mA
d + iD RD 16
g
vDS
+ ig s vGS
+ 12
VCC 8
-
4
-
04
预夹断轨迹: vDS =vGS-VP
耗尽型的MOS管VGS= 0时就有导电沟道，加反向电
压到一定值时才能夹断。
ID/mA
d + iD
g
vDS
+ vGS
ig s -
-
RD
+
VCC -
夹断电压
16
ID1SS2 8
饱和漏 极电流
VP
4
VGS /V
-3 –2 –1 0 1 2
曲线上某点的斜率：
gm
Δ ID Δ VG S
VDS
iD vGS
VDS/V
（1-24）
二 .增强型P沟道绝缘栅场效应管
1.结构
2、符号
D
P+
P+
NFET的放大原理
分析方法与增强型N沟道相同，只不过须将所有的 电压电流方向、大于小于号方向反过来。
其特性曲线如P97所示。
（1-25）
三.耗尽型N沟道绝缘栅场效应管
如果MOS管在制造时导电沟道就已形成，称为耗 尽型场效应管。
(2)当vDS变化, vGS =constant>VP时 若vDS整个沟道呈楔形分布。此时若vDS iD 当vDS增加到使vDS =(vGS -VP )时,在紧靠D处出现预夹断。 预夹断后,vDS夹断区延长沟道电阻iD基本不变（1。-29）
5、特性曲线
(1)转移特性曲线(iD vGS/vDS=constant)
(2)当栅源电压vGS变化, 漏源电压vDS =constant>0时 若vGS ≤VT (开启电压) :漏极电流iD=0 若vGS >VT: vGS 越大, iD越大——互导放大作用
(3)当漏源电压VDS变化, 栅源电压vGS =constant>VT时
若vDS=0: iD=0 若0< vDS <(vGS -VT ) : vDS越大, iD越大
d + iD
经实验证明: (1)栅极电流ig≈0
g
vDS
+ vGS
ig s -
-
RD
+
VCC -
由于栅极G与D、B、S是绝缘的,所以ig≈0
(2)当栅源电压vGS变化, 漏源电压vDS =constant>0时:
vGS ≤VP (夹断电压,VP＜0) :漏极电流iD=0
vGS >VP: vGS 越大, iD越大——互导放大作用
靠近漏极d处的电位升高 电场强度减小 沟道变薄
整个沟道呈楔形分布
（1-10）
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， 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。
在预夹断处：vGD=vGS-vDS =VT
源 极s 栅 极-g 漏 极d
- –vGS+
-
N+
N+
纵向电场足够大→将P区少
子电子聚集到P区表面→形成
P衬 底
导电沟道。
当d~s间加电压后,将有漏极 电流id产生。
b衬 底b N型导电沟道
vGS愈高，导电沟道愈宽，相同vDS条件
下id越大。
（1-9）
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDS ID 沟道电位梯度
JFET 结型
增强型
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道 P沟道
N沟道 （耗尽型）
P沟道
耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在 增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道
（1-3）
§4.1 金属-氧化物-半导体场效应管
——MOS场效应管、绝缘栅场效应管: Metal Oxide Semiconductor FET, 简称MOSFET
其中
Kn
K n 2
W
L
nCox W
2 L
n ：反型层中电子迁移率
Cox ：栅极（与衬底间）氧 化层单位面积电容
Kn' nCox 本征电导因子 Kn为电导常数，单位：mA/V2
（1-17）
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
（1）输出特性及大信号特性方程
③ 饱和区
1.结构
SiO2绝缘层中 掺有正离子
2.符号
D
感应出N型 导电沟道
G
S
（1-26）
5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
1. 结构和工作原理（N沟道）
二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子 可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流
（1-27）
3.耗尽型N沟道MOSFET的放大原理 共源极接法的接线：
N+
N+
P衬 底
b衬 底b
(3)由于栅极G与D、B、S是绝缘的，栅极电流ig≈0 输入电阻：ri＝vGS/ig ，很高，最高可达1014 。 （1-14）
(2)当vDS变化, 栅源电压vGS =constant>VT时
若vDS沟道产生电位梯度 靠近漏极d处的电位高, 电场强
–VCC+
度小, 沟道薄。靠近源极s处的电 位低, 电场强度大, 沟道厚。 整个沟道呈楔形分布。
源 极s 栅 极-g 漏 极d
- –vGS+
-
此时, vDS iD 当vDS增加到使vGS-vDS=VT时， 在紧靠漏极处出现预夹断。 在预夹断处： vDS =(vGS -VT ) 预夹断后，vDS夹断区延长 沟道电阻iD基本不变
N+
N+
P衬 底
b衬 底b
(3)由于栅极G与D、B、S是绝缘的，栅极电流ig≈0 输入电阻：ri＝vGS/ig ，很高，最高可达1014 。 （1-15）
由于制造时已经形成了沟道，所以在vGS=0时,若漏– 源之间加上一定的电压vDS,也会有漏极电流 iD 产生。 当vGS>0时,导电沟道变宽,iD增大; 当vGS<0时,使导电沟道变窄,iD减 小;vGS负值愈高,沟道愈窄,iD就愈小。 当vGS(=夹断电压VP) 达到一定负值 时,N型导电沟道消失, iD=0, 称为场 效应管截止。
(3)当漏源电压VDS变化, 栅源电压vGS =constant>VP时:
0< vDS <(vGS -VP ) : vDS越大, iD越大
饱和漏极电流
vDS>(vGS-VP ):vDS越大,iD恒定,且iD=IDSS(1-vGS/VP )2 （1-28）
4.耗尽型N沟道MOSFET的内部微观原理 (1)当vGS变化, vDS =constant>0时