线性电子电路教案

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1、线性电子电路教案第三章场效应管知识要点：场效应管原理、场效应管的小信号模型及其参数场效应管是只有一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。有N沟道器件和P沟道器件。有结型场效应三极管JFET(JunctionFieldEffectTransister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransister)之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET（MetalOxideSemiconductorFET）。1.11.1.1MOS场效应管MOS场效应管有增强型（Enhanceme

2、ntMOS或EMOS）和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。场效应管有三个电极：D(Drain)称为漏极，相当双极型三极管的集电极；G(Gate)称为栅极，相当于双极型三极管的基极；S(Source)称为源极，相当于双极型三极管的发射极。增强型MOS(EMOS)场效应管根据图3-1，N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P

3、型半导体称为衬底，用符号B表示。图3-1N沟道增强型EMOS管结构示意一、工作原理1．沟道形成原理当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。当栅极加有电压时，若0＜VGS＜VGS(th)时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID。进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)时（VGS(th)称为开启电压），由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较

4、多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟1线性电子电路教案道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层（inversionlayer）。随着VGS的继续增加，ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0，只有当VGS＞VGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。gm的量纲为mA/V，所以gm也称为跨导。跨导的定义式如下：constDS==VGSDVIgmΔΔ(单位mS)2．VDS对沟道导电能力的控制当VG

5、S＞VGS(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。VDS的不同变化对沟道的影响如图3-2所示。根据此图可以有如下关系VDS=VDG＋VGS=—VGD＋VGSVGD=VGS—VDS当VDS为0或较小时，相当VGD＞VGS(th)，沟道呈斜线分布。在紧靠漏极处，沟道达到开启的程度以上，漏源之间有电流通过。当VDS增加到使VGD=VGS(th)时，相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断，此时的漏极电流ID基本饱和。当VDS增加到VGD

6、，ID基本趋于不变。（a）（b）（c）图3-2漏源电压VDS对沟道的影响当VGS＞VGS(th)，且固定为某一值时，VDS对ID的影响，即iD=f(vDS)VGS=const这一关系曲线如图3-3所示。VGS一定IDDVDS图3-3VGS一定，ID随VDS变化的特性VGS-VGS(th)2线性电子电路教案二、伏安特性输出特性曲线转移特性曲线图3-3漏极输出特性曲线和转移特性曲线1．非饱和区非饱和区（NonsaturationRegion）是沟道未被预夹断的工作区，又称可变电阻区。由不等式VGS>VGS(th)、VDS

7、和VDS的关系如下：]VV)VV(2[l2WCIDS2DS)th(GSGSoxnD−−=μ2．饱和区饱和区(SaturationRegion)又称放大区，它是沟道预夹断后所对应的工作区。由不等式VGS>VGS(th)、VDS>VGS-VGS(th)限定。漏极电流表达式：2)th(GSGSoxnD)VV(l2WCI−=μ在这个工作区内，ID受VGS控制。考虑厄尔利效应的ID表达式：)V1()VV(l2WC)VV1()VV(l2WCIDS2)th(GSGSoxnADS2)th(GSGSoxnDλμμ+−=−−=3．截止区和亚阈区VGS