MOS管工作原理講解課件

15場(chǎng)效應(yīng)管放大電路2內(nèi)容5.3結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)5.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)場(chǎng)效應(yīng)管5.2MOSFET放大電路5.5各種放大器件電路性能比較*5.4砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管3要求

掌握?qǐng)鲂?yīng)管的直流偏置電路及分析；場(chǎng)效應(yīng)管放大器的微變等效電路分析法。55.1金屬－氧化物－半導(dǎo)體

（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET簡(jiǎn)稱MOS管，它有N溝道和P溝道之分，其中每一類又可分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。耗盡型：當(dāng)vGS＝0時(shí)，存在導(dǎo)電溝道，iD0。增強(qiáng)型：當(dāng)vGS＝0時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道，iD＝0。65.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1．結(jié)構(gòu)PNNGSDP型基底兩個(gè)N區(qū)SiO2絕緣層導(dǎo)電溝道金屬鋁GSDN溝道增強(qiáng)型7N溝道耗盡型PNNGSD予埋了導(dǎo)電溝道GSD9P溝道耗盡型NPPGSDGSD予埋了導(dǎo)電溝道102．工作原理JFET是利用PN結(jié)反向電壓對(duì)耗盡層厚度的控制，來改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制漏極電流的大小。而MOSFET則是利用柵源電壓的大小，來改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。112．工作原理（以N溝道增強(qiáng)型為例）PNNGSDVDSVGSVGS=0時(shí)D-S間相當(dāng)于兩個(gè)反接的PN結(jié)ID=0對(duì)應(yīng)截止區(qū)13VGS較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，VGS越大此電阻越小。PNNGSDVDSVGS14PNNGSDVDSVGS當(dāng)VDS不太大時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)N區(qū)間是均勻的。當(dāng)VDS較大時(shí)，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。15PNNGSDVDSVGS夾斷后，即使VDS繼續(xù)增加，ID仍呈恒流特性。IDVDS增加，VGD=VT時(shí)，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。17輸出特性曲線3．特性曲線（增強(qiáng)型N溝道MOS管）可變電阻區(qū)擊穿區(qū)IDUDS0UGS=5V4V-3V3V-5V線性放大區(qū)18轉(zhuǎn)移特性曲線3．特性曲線（增強(qiáng)型N溝道MOS管）0IDUGSVT在恒流區(qū)（線性放大區(qū)，即VGS＞VT時(shí)有：ID0是vGS=2VT時(shí)的iD值。194．參數(shù)P210表5.1.1列出了MOSFET的主要參數(shù)。21輸出特性曲線IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0225.2MOSFET放大電路

直流偏置電路靜態(tài)工作點(diǎn)

FET小信號(hào)模型動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析

三種基本放大電路的性能比較5.2.1

FET的直流偏置及靜態(tài)分析5.2.2

FET放大電路的小信號(hào)模型分析法

231.直流偏置電路5.2.1FET的直流偏置電路及靜態(tài)分析（1）自偏壓電路（2）分壓式自偏壓電路vGSvGSvGSvGSvGSVGS=-IDR255.2.2FET放大電路的小信號(hào)模型分析法1.FET小信號(hào)模型（1）低頻模型26（2）高頻模型1.FET小信號(hào)模型292.動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析（2）中頻電壓增益（3）輸入電阻（4）輸出電阻忽略rD由輸入輸出回路得則通常則30

例5.2.2共漏極放大電路如圖示。試求中頻電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。（2）中頻電壓增益（3）輸入電阻得

解：（1）中頻小信號(hào)模型由例題31（4）輸出電阻所以由圖有例題323.三種基本放大電路的性能比較組態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET電壓增益：CE：CC：CB：CS：CD：CG：33輸出電阻：3.三種基本放大電路的性能比較BJTFET輸入電阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：CE：CC：CB：CS：CD：CG：345.3結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

結(jié)構(gòu)工作原理

輸出特性轉(zhuǎn)移特性

主要參數(shù)

5.3.1

JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理

5.3.2

JFET的特性曲線及參數(shù)

35

源極，用S或s表示N型導(dǎo)電溝道漏極，用D或d表示

P型區(qū)P型區(qū)柵極，用G或g表示柵極，用G或g表示符號(hào)符號(hào)5.3.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)???

符號(hào)中的箭頭方向表示什么？362.工作原理①VGS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)VGS＜0時(shí)（以N溝道JFET為例）

當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VP

（或VGS(off)）。對(duì)于N溝道的JFET，VP<0。PN結(jié)反偏耗盡層加厚溝道變窄。VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄372.工作原理②VDS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)VGS=0時(shí)，VDSIDG、D間PN結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。

當(dāng)VDS增加到使VGD=VP時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)VDS夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻ID基本不變382.工作原理③

VGS和VDS同時(shí)作用時(shí)當(dāng)VP<VGS<0時(shí)，

導(dǎo)電溝道更容易夾斷，對(duì)于同樣的VDS，

ID的值比VGS=0時(shí)的值要小。在預(yù)夾斷處VGD=VGS-VDS=VP39綜上分析可知

溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，

所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱為單極型三極管。JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。#

為什么JFET的輸入電阻比BJT高得多？JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因

此iG0，輸入電阻很高。405.3.2JFET的特性曲線及參數(shù)VP1.輸出特性輸出特性曲線用來描述vGS取一定值時(shí)，電流iD和電壓vDS間的關(guān)系，它反映了漏極電壓vDS對(duì)iD的影響。即可變電阻區(qū):柵源電壓越負(fù)，漏源間的等效電阻越大，輸出特性越傾斜。線性放大區(qū)：飽和區(qū)，恒流區(qū)，F(xiàn)ET用作放大電路的工作區(qū)。擊穿區(qū)：柵源間的PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，管子不能正常工作。41???

JFET有正常放大作用時(shí)，溝道處于什么狀態(tài)？5.3.2JFET的特性曲線及參數(shù)2.轉(zhuǎn)移特性VP在一定的vDS下，vGS對(duì)iD的控制特性。實(shí)驗(yàn)表明，在VP≤VGS≤0范圍內(nèi)，即飽和區(qū)內(nèi)，有：vDS=10V42①夾斷電壓VP(或VGS(off))：②飽和漏極電流IDSS：

③

低頻跨導(dǎo)gm：或3.主要參數(shù)漏極電流約為零時(shí)的VGS值。在vDS=常數(shù)時(shí)，iD的微變量和vGS的微變量之比。④輸出電阻rd：在vGS=0的情況下，當(dāng)vDS>|VP|時(shí)的漏極電流。IDSS是JFET所能輸出的最大電流。反映了vDS對(duì)iD的影響。互導(dǎo)反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力。433.主要參數(shù)⑤直流輸入電阻RGS：在漏源之間短路的條件下，柵源之間加一定電壓時(shí)的柵源直流電阻就是直流輸入電阻RGS。⑧最大漏極功耗PDM⑥最大漏源電壓V(BR)DS⑦最大柵源電壓V(BR)GS發(fā)生雪崩擊穿、iD開始急劇上升時(shí)的vDS值。指輸入PN結(jié)反向電流開始急劇增加時(shí)的vGS值。JFET的耗散功率等于vDS與iD的乘積。PDM受管子最高工作溫度的限制。44

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的