2022-2023学年高二物理竞赛课件：场效应管等效电路

场效应管等效电路 N—EMOS管输出曲线 1、非饱和区。 相当三极管饱和区。 特点： iD同时受vGS与vDS的控制。 沟道预夹断前对应的工作区。 条件： vGS > VGS(th) >0 0< v DS < vGS–VGS(th) iD/mA vDS /V 0 vDS = vGS –VGS(th) vGS =5V 3.5V 4V 4.5V 场效应管等效电路 一、大信号模型 2、耗尽型：当vGS＝0时，存在导电沟道，iD0 1、增强型：当vGS＝0时，没有导电沟道，iD＝0 耗尽型、增强型FET主要区别：有无原始导电沟道。即： 说明 ①N-DMOS管的夹断电压VGS(off)为负值（与N-JFET管相同）； ②工作时，vGS在一定范围内可正、可负、可零（一般为负）； DMOS管结构与符号 N-DMOS管伏安特性（P118） iD/mA vDS /V 0 vDS = vGS –VGS(th) vGS =1V -1. 5V - 1V -0. 5V 0V 0. 5V -1. 8V iD/mA vGS /V 0 VGS(th) vDS > 0，vGS 正、负、零均可。 外部工作条件： DMOS管在饱和区与非饱和区的iD表达式与EMOS管相同。 DMOS-P与N差别仅在电压极性与电流方向相反。 转移特性 图3-1-12 iD/mA vDS /V 0 vDS = vGS –VGS(th) vGS =5V 3.5V 4V 4.5V 因此，又称为可变电阻区（变阻区）。 当vDS=常数， vGS iD ， 表现出一种压控电阻的特性。 当vGS=常数， vDSiD近似线性， 表现为一种电阻特性； N—EMOS管输出曲线 场效应管等效电路 数学模型(理论与实验证明)： 此时MOS管可看成阻值受vGS控制的线性电阻器： 当vDS很小，在非饱区时，vDS2=0，为一组直线特性； iD与vDS之间呈线性关系： 其中：W、l 为沟道的宽度和长度。 COX （=  / OX）为单位面积的栅极电容量。 （3-1-8） （3-1-7） 2、饱和区 特点： iD只受vGS控制，而与vDS近似无关，表现出类似三极管的正向受控作用。 iD/mA vDS /V 0 vDS = vGS –VGS(th) vGS =5V 3.5V 4V 4.5V 沟道预夹断后对应的工作区。 条件： vGS > VGS(th) >0 v DS > vGS–VGS(th) >0 考虑沟道长度调制效应(CLME)，输出特性曲线随vDS的增加略有上翘。 又称有源区，对应三极管放大区。 数学模型(理论与实验证明)转移特性： MOS管的正向受控作用，服从平方律关系式： 若考虑CLME，则iD的修正方程： 其中： =-1/VA称沟道长度调制系数，其值与l 成反比。 通常  =( 0.005 ~ 0.03 )V-1 （3-1-9） （3-1-10） 当vGS=2VGS(th)时的漏极电流 可画出转移特性曲线。 3、截止区 特点： 相当于MOS管三个电极断开。 iD/mA vDS /V 0 vDS = vGS –VGS(th) vGS =5V 3.5V 4V 4.5V 沟道未形成时的工作区. 条件： vGS < VGS(th) iD=0以下的工作区域。 iG≈0，iD≈0 4、击穿区 vDS增大到一定值时漏衬PN结雪崩击穿 iD剧增。 vDS沟道 l  对于l 较小的MOS管有穿通击穿。 当vDS过大时， 1、少用——图解法（伏安曲线+负载线）； 2、少用——等效电路模型（数学公式转来，下页）。 3、常用——数学公式（平方律，不是指数）； 大信号模型分析方法 与三极管的相似，可采用估算法（公式）分析电路直流工作点。 3.1.5 场效应管等效电路 N-EMOS直流简化电路模型(与三极管比对) （1）场效应管G、S之间开路 ，iG0。 三极管发射结由于正偏而导通，等效为VBE(on) 。 （2）FET输出端等效为压控电流源，满足平方律方程： 三极管输出端等效为流控电流源，满足IC= IB 。 S G D iD vGS S D G iD iG0 iD(vGS ) + - VBE(on) E C B IC IB IB  + - （3-1-9） 图3-1-13 $