N沟道增强型MOSFET的结构示意图和符号
3.1.1 增强型MOS场效应管
二、增强型NMOS管的基本工作原理
VDD
iD
RD
D
iG =0 G
B
vs
S
vO (vDS )
vGS
VGSQ
vBS =0
增强型电阻负载共源放大电路
3.1.1 增强型MOS场效应管
栅源电压vGS的影响
加入栅源电压vGS － 导电沟道的形成 开启电压 VGS(th): 开始形成导电沟道的vGS vGS 对导电沟道有控制作用
vDS VDSQ
k pW L
(VGS
VGS(th) )(1 VDSQ )
2k p
W L
IDQ (1 VDSQ )
2IDQ VGS VGS(th)
3.1.1 增强型MOS场效应管
转移特性曲线
iD= f (vGS)vDS=常数
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2 (1 vDS )
场效应管在饱和区输出电流
热稳定性好，抗干扰能力强
输入阻抗高, 易集成
3.1 MOS场效应管
场效应管的分类
绝缘栅型场效应管( Insulated Gate Field Effect Transister, IGFET) 也称金属氧化物半导体三极管MOSFET，简称MOS管
（Metal Oxide Semiconductor FET）
与输入电压呈二次函数关系 ( 均
指瞬时值、全值 )。 双极型晶体
管在放大区输出电流与输入电
压呈指数关系。
iD I S (evD /VT 1)
VGS(th)
对交流而言，在Q点附近均 是线性关系，原因是用Q点的切 线代替曲线，近似为线性。
3.1.1 增强型MOS场效应管
四、MOS场效应管的击穿
iD= f (vDS)vGS=常数
3.1.1 增强型MOS场效应管
沟道长度调制效应 漏源电压vDS对沟道长度的调制作用
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2 (1 vDS )
1 沟道长度调制因子
VA
典型值：0.001~0.03 V-1
厄尔利电压
3.1.1 增强型MOS场效应管
漏极和源极之间的微变等效电阻rds
iD= f (vGS)vDS=常数
由输出特性曲线求转移特性曲线
3.1.1 增强型MOS场效应管
转移特性曲线
iD= f (vGS)vDS=常数
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2 (1 vDS )
VGS(th)
跨导gm: 衡量栅源电压对漏极电流 的控制作用。
iD
iD IDQ
击穿区: 多种击穿共存
在饱和区，vDS过大会使管内 漏、源区间的耗尽区出现击穿。
截止区
vDS过大时，会导致漏区与衬 底间的PN结出现反向击穿。
对沟道长度较短的MOS管， vDS过大会使漏源区之间全部转为 耗尽区，发生贯通击穿。
栅极下存在SiO2绝缘层，vGS 过大会使绝缘层击穿。
3.1.1 增强型MOS场效应管
结型场效应管 (Junction type Field Effect Transister, JFET)
FET 场效应管
MOSFET 绝缘栅型
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
3.1.1 增强型MOS场效应管
一、N沟道增强型MOS管的结构
（简称增强型NMOS管） D(Drain)为漏极， 相当c G(Gate)为栅极， 相当b S(Source)为源极，相当e
vGS Vth
S
G
D
N+
N+
电子移动方向
P型衬底
耗尽层
B
vGS Vth
S
G
D
N+
N+
P型衬底
反型层 B
3.1.1 增强型MOS场效应管
漏源电压vDS对导电沟道的影响
vDS
vDS
i vGS Vth
D
i vGS Vth D
S
G
D
S
G
D
S
vDS
i vGS Vth D
G
D
N+
N+
沟道
P型衬底
耗尽层
饱和区: vGS VGS(th) , vGD VGS(th)
截止区
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2
vDS在一定范围内变化，剩余 导电沟道上的电压基本不变，iD也 基本不变，输出特性曲线为直线。
但随着vDS的增大，剩余沟道 长度减小，沟道电阻减小，iD会随 vDS增大而略有增大，称这种现象 为沟道长度调制效应。
输出特性曲线
iD= f (vDS)vGS=常数
可变电阻区: vGS VGS(th) vGD VGS(th)
iD
kp 2
W L
[2(vGS
VGS(th) )vDS
vD2 S ]
Ron
kp
W L
1 (vGS VGS(th) )
截止区
3.1.1 增强型MOS场效应管
输出特性曲线
iD= f (vDS)vGS=常数
B 可变电阻区
N+
N+
VGS VGS(th)
预夹断 P型衬底
B
N+
N+
P型衬底
夹断点
B
饱和区
楔型沟道
vGD > VGS(th) vDS < (vGS -VGS(th))
预夹断状态
vGD = VGS(th) vDS = (vGS -VGS(th))
夹断状态
vGD<VGS(th) vDS > (vGS -VGS(th))
3.1.1 增强型MOS场效应管
三、增强型NMOS管特性曲线
输出特性曲线
iD= f (vDS)vGS=常数
转移特性曲线
iD= f (vGS)vDS=常数
3.1.1 增强型MOS场效应管
输出特性曲线
iD= f (vDS)vGS=常数
截止区: vGS VGS(th) iD 0
3.1.1 增强型MOS场效应管
截止区: vGS VGS(th) iD 0
可变电阻区: vGS VGS(th) vGD VGS(th)
rds
vDS
iD
I DQ VDSQ
VDSQ VA I DQ
VA I DQ
1
I DQ
1
VA
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2 (1
vDS )
3.1.1 增强型MOS场效应管
转移特性曲线
转移特性反映了场效应管在截止区和饱和区内输出电流iD与 输入电压vGS的关系。
电子电路基础
Electronic and Circuit Foundation
第三章 场效应管及其放大电路
第三章 场效应管及其放大电路
场效应晶体管的特点
通过改变电场强度控制半导体的导电能力
栅源电压vGS 控制漏源电流iD
仅有一种载流子参与导电
N沟道器件：载流子为电子 P沟道器件：载流子为空穴