①当VGS=0时，为平衡PN结，导电 沟道最宽。
②当│VGS│↑时，PN结反偏，形成 耗尽层，导电沟道变窄，沟道电 阻增大。
③当│VGS│到一定值时 ，沟道会完 全合拢。 定义： 夹断电压Vp——使导电沟道完全 合拢（消失）所需要的栅源电压 VGS。
6 LBM
（2）漏源电压对沟道的控制作用
在漏源间加电压VDS ，令VGS =0 由于VGS =0，所以导电沟道最宽。 ①当VDS=0时， ID=0。
C
ox / tox ox
Kn
W
n
C
ox
2L
＝0.249mA/v2
2
当 V GS 2V TN 时
iD Kn VGS VTN 0.140mA
注：可以通过增大电导参数 Kn来增大晶体管的电流 容量。当制造工艺一定时，可通过调节场效应管的
沟道宽度W来改变Kn 。
19 LBM
JFET
r ds
1 I DQ VA
I
DQ
27
LBM
直流参数： 门限电压 ：VTN、VP 1. 开启电压
2. 饱和漏极电流 ：I DSS 3. 直 流 输 入 电 阻 RGS
2 、 I K V VGS 0 DO n TN
vGS 2VTN
、RGS 109 MO SFET RGS 107 J F ET

2 DS

LBM
[例4.3]目的：计算N沟道增强型MOSFET的栅源电 压、漏源电流和漏源电压。电路如图4.9所示。场效 应管的参数为VTN=1V，Kn=0.5 mA/V2。求VGS、ID 和VDS。
38
N沟道MO SFET
gm 2 K n VGS VTN 2 K n I DQ
22
LBM
r
ds

v DS
i D v GS const
1
r ds
K n (V GSQ V TN ) 2
r ds
23
1
I DQ

V I
A
DQ
LBM
24
LBM
2 gm VP
，
36
LBM
V
GS

解： 假设场效应管处于放大状态，则：
R R
1
R
2 2
V
DD
20 5 2V VTN = 20 30
2 2 ( ) 0 . 1 2 1 0.1mA I D K n V GS V TN
V
DS
V DD I D RD 5 0.1 20 3V
LBM
28
极限参数：
1. 最 大 漏 极 电 流 I DM : 正常工作时漏极电流上 的限值。
2. 击穿电压 BVDS
29
LBM
当 VP VvGS 2 (1 ) VP
当 vGS VT 0， VGD VT时
i D K n vGS VTN
第4章 MOSFET及其放大电路
1
LBM
第4 章
一、FET原理
场效应管及其放大电路
1. 了解FET分类、电路符号。 2. 理解N-MOSFET工作原理；沟道状态与工作分区。 放大区vGS和vDS对iD的影响。 二、FET的特性曲线 （ N-MOSFET ） 1. 理解iD ~ vGS转移特性曲线、iD ~ vDS输出特性曲线及 其参变量 vGS； 2. 掌握iD ~ vGS之间的平方律公式； 三、FET的偏置电路 1. 电路结构； 2. 静态工作点的联立求解方法。
t
C
ox
ox / tox
ox

LBM
[例4.1]目的：计算N沟道增强型MOSFET的电流
已知 VTN＝0.75V，W＝4μm，L= 4μm， μn=650cm2/(V.s)，tox=450Å，εox=3.5×10-13F/cm。 VGS=2VTN，场效应管处于放大状态。试计算电流 iD。 解：
4
LBM
第4章 MOSFET放大电路 4.1 结型场效应管
4.1.1. 结型场效应管的结构（以N沟为例）： 两个PN结夹着一个N型沟道。 三个电极： G：栅极 D：漏极 S：源极 符号：
P区浓度高
5 LBM
4.1.2 结型场效应管的工作原理
（1）栅源电压对沟道的控制作用 在栅源间加负电压VGS ，令 VDS =0
②VDS↑→ID ↑ →靠近漏极处的耗尽层加宽， 沟道变窄，呈楔形分布。 ③当VDS ↑，使VGD=VG S- VDS=VP时， 在靠漏极处夹断——预夹断。 ④VDS再↑，预夹断点下移。
预夹断前， VDS↑→ID ↑。 预夹断后， VDS↑→ID 几乎不变。
（3）栅源电压VGS和漏源电压VDS共同作用
LBM
17
LBM
4.2.2 N沟道增强型MOSFET管伏安关系式
电阻区： iD
K 2V
n
2 GS VTN VDS VDS
2 2 2 TN
vGS vGS 2 1 I ( 1 ) 放大区：i D K n vGS VTN K nV D0 V VT TN 2 I K V (v ＞V ) I 是 v =2V 时的漏极电流 i 。DO n TN
VGD VTN 轨迹线
可变电阻区伏安关系：
2 i D K n 2VGS VTN VDS VDS


恒流区
vGD VTN 区域
vGS 2 vGS 3
2
N沟 道 恒 流 区 伏 安 特 性 程 方： i D K n vGS VTN
16
2 2 TN
vGS vGS 2 K nV 1 I ( 1 ) D0 V VT TN
GS TN DO GS TN D
K n 为N沟道元件的传导参数，单位是A/V2。
令
ox
K' n
Kn
W
C
n
ox
n
C 则
ox
Kn
1 W K' n 2 L
2L
C 是氧化物单位面积的电容，可表示为

18
n
是氧化物的厚度， ox是氧化物的介电常数， 13 3 . 5 10 F / cm 对硅而言， ox 是反型层中电子的迁移率。
1 静态工作点 2 求中频段
AV 、Ri、Ro
VGS 、I D、VDS
32
LBM
4.3 MOSFET的偏置电路
分离MOSFET放大电路的直流偏置 集成MOSFET放大电路的直流偏置
33
LBM
4.3.1 分离MOSFET电路的直流偏置
无自给偏压式CS放大电路 34
直流通路
LBM
∵MOSFET的栅极直流电流 IGS = 0
P沟道增强型
11
LBM
2、工作原理 P117
（1）、vGS对iD及沟道的控制作用 增强型MOS管的 漏极d和源极s之间有 两个背靠背的PN结。 当vGS=0时，不论vDS的 极性如何，总有一个 PN结处于反偏状态， 这时漏极电流iD≈0。
12
LBM
vGS＞0
P117
当vGS数值较小，吸引电子的 能力不强时，漏源极之间生成耗 尽区（带负电的受主离子），仍 无自由电子，无导电沟道出现。 vGS再增加时，吸引到P衬底 表面层的电子就增多，当vGS达到 某一数值时，这些电子在栅极附 近的P衬底表面便形成一个N型自 由电子薄层，将自由电子层称为 N型沟道，因导电类型与P衬底相 反，故又称为反型层。 把开始形成沟道时的栅源极 电压称为门限电压，用VTN表示。
4.3 直流和交流参数和小信号等效模型
一、交流参数
1. 跨导 gm
i D 定 义 ： gm vGS
v DS V DS
该 项 的 大 小 表 征 在 工点 作
Q处 栅 源 交 流 电 压 v gs 对 漏 极 交 流 电 流 id 的 控 制 作 用 ， 是 场 效 应放 管大 信 号 能 力 的 一 个 重 要 参 数 ， 典 型 值1 ： ~ 10 mS。
13 LBM
（2）vDS对 iD 的影响
当vGS>VTN且为一 确定值时，正向电压 VDS对导电沟道及电流 iD的影响与结型场效应 管相似（进入夹断才能 恒流）。 当vDS较小（vDS< vGS -VTN）时
iD随vDS近似呈线性变化，
沟道没有夹断，FET没有进入压控恒流状态。
14 LBM
当vDS增加到vDS=VTN时
2
LBM
四、FET的小信号模型
1. 理解 gm的含义及计算式； 2. 理解rds含义； 3. 完整小信号模型； 4. 掌握低频小信号模型。 五、FET的CS和CD组态放大器 熟练掌握放大器电路的指标计算及特点。
3
LBM
重点、难点知识点
1、基本结构及其导电机理
2、伏安特性及其两种表达方式
3、基本放大电路的静态与动态参数 4、基本放大电路技术指标定义与分析
20
LBM
JFET 和增强型 N沟道MO SFET的跨导gm
转移特性方程： vGS i D I DSS 1 V JFET P 2 gm I DSS I DQ JFET VP
2
21
LBM
转移特性方程：
i D K n VP vGS 2
vGD vGS v DS VTN
(或vDS=vGS-VTN)时 沟道在漏极一端出现预夹断 继续增大vDS，vGD < VTN ， 夹断点将向源极方向移动 iD不随vDS增大而增加，ID仅 由vGS决定。
15 LBM
（3）N沟道增强型MOS管的特性方程