場(chǎng)效應(yīng)晶體管知識(shí)回顧

1、場(chǎng)效應(yīng)晶體管知識(shí)回顧場(chǎng)效應(yīng)晶體管知識(shí)回顧v 場(chǎng)效應(yīng)晶體管（簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管），是半導(dǎo)體材料制場(chǎng)效應(yīng)晶體管（簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管），是半導(dǎo)體材料制成的電子器件。成的電子器件。v溝道：導(dǎo)電的途徑；溝道：導(dǎo)電的途徑；v基本工作原理：通過外加電場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電溝道的幾何形基本工作原理：通過外加電場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電溝道的幾何形狀進(jìn)行控制，改變溝道電阻的大?。粻钸M(jìn)行控制，改變溝道電阻的大??；v分類：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管和金屬場(chǎng)效分類：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管和金屬場(chǎng)效應(yīng)管；應(yīng)管；v 場(chǎng)效應(yīng)管是單級(jí)型晶體管，管中只有一種載流子運(yùn)場(chǎng)效應(yīng)管是單級(jí)型晶體管，管中只有一種載流子運(yùn)動(dòng)；動(dòng)；電極：電極：B E CG S D控制：控制：電

2、路形式：電路形式：CE、CB、CC、差放、電流源、組合、差放、電流源、組合 CS、CG、CD、差放、電流源、組合、差放、電流源、組合 CBiiDGSiv分析方法：分析方法：相同相同 FET FET與與BJTBJT對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)應(yīng)關(guān)系 FET FET的特殊性的特殊性 缺點(diǎn)缺點(diǎn): (1) 跨導(dǎo)跨導(dǎo)gm低，增益低低，增益低; (2) 極間電容大，速度頻率受限；極間電容大，速度頻率受限； (3) 失調(diào)電壓高；失調(diào)電壓高； (4) 低頻噪聲大（熱噪聲，低頻噪聲大（熱噪聲，1/f噪聲）噪聲）N、P溝，耗盡型、增強(qiáng)型溝，耗盡型、增強(qiáng)型特性曲線中偏壓極性不同特性曲線中偏壓極性不同 ， 認(rèn)為認(rèn)為G極開路極開路0 G

3、i 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): (1) 芯片面積小；芯片面積小； (2) 功耗低功耗低; (3) 易于集成；易于集成； (4) 溫度特性好；溫度特性好；MOSIC在數(shù)字在數(shù)字IC中應(yīng)用最多！中應(yīng)用最多！其次：中、大規(guī)模的模擬電路；其次：中、大規(guī)模的模擬電路；數(shù)?；旌想娐贰?shù)?；旌想娐?。 襯底調(diào)制效應(yīng)襯底調(diào)制效應(yīng) MOSFET MOSFET，是由，是由金屬（金屬（M M），氧化物（氧化物（O O），半導(dǎo)體（半導(dǎo)體（S S）構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管（構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管（FETFET），故命名為：），故命名為：MOSFETMOSFET。 MOSFETMOSFET按照導(dǎo)電溝道的載流子類型可分為按照導(dǎo)電溝道的載流子類型可分為N N（電子

4、型）（電子型）溝道溝道MOSFETMOSFET（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱NMOSNMOS管）和管）和P P（空穴型）溝道（空穴型）溝道MOSFETMOSFET（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱PMOSPMOS管）；按照導(dǎo)電溝道形成機(jī)理，管）；按照導(dǎo)電溝道形成機(jī)理，NMOSNMOS管和管和PMOSPMOS管有各有管有各有增強(qiáng)型（簡(jiǎn)稱增強(qiáng)型（簡(jiǎn)稱E E型）型）和和耗盡型（簡(jiǎn)稱耗盡型（簡(jiǎn)稱D D型）型）兩種。兩種。 因此，就有四種類型的因此，就有四種類型的MOSFETMOSFET，分別叫做：，分別叫做： E型型NMOS管管 D型型NMOS管管 E型型PMOS管管 D型型PMOS管管四種類型的四種類型的MOSFETE型型NMOS管的輸出

5、特性曲線：管的輸出特性曲線：I區(qū)可變電阻區(qū)區(qū)可變電阻區(qū)II區(qū)恒流區(qū)（放大區(qū)）區(qū)恒流區(qū)（放大區(qū)）III區(qū)截止區(qū)區(qū)截止區(qū)IV區(qū)擊穿區(qū)區(qū)擊穿區(qū)保持保持vGS為不同為不同固定值時(shí)得到固定值時(shí)得到iD隨隨vDS變化的變化的一族曲線一族曲線MOSFET的大信號(hào)特性方程的大信號(hào)特性方程E型型NMOSFET1. 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)條件：條件：vGSVGS(th), vDS(vGS-VGS(th)電流方程：電流方程：21)(2)(DSDSthGSGSnDvvVvi式中：式中：n是管子的增益系數(shù)，單位為是管子的增益系數(shù)，單位為mA/V2LWCoxnn式中：式中：n是是NMOS管溝道中電子的遷移率；管溝道中電子的

6、遷移率；Cox是是氧化層單位面積電容量；氧化層單位面積電容量；W/L 是溝道寬度與長(zhǎng)度之比是溝道寬度與長(zhǎng)度之比（式（式1.4.4）vDS很小時(shí)（例如很小時(shí)（例如vDSVGS(th), vDS=(vGS-VGS(th)以以vDS=(vGS-VGS(th)代入式代入式 1.4.4 后，得：后，得：2)()(21thGSGSnDVvi可見可見iD和和vGS成成平方率平方率關(guān)系。關(guān)系。（式（式 1.4.7）參見參見 P41 圖圖 1.4.133. 恒流區(qū)恒流區(qū)條件：條件：vGSVGS(th), vDS(vGS-VGS(th)iD隨隨vDS增加而稍有斜升，式增加而稍有斜升，式 1.4.7 可改寫成：可改

7、寫成：)1 ()(212)(DSthGSGSnDvVvi（式（式 1.4.8）式中：式中：是溝道調(diào)制系數(shù)，典型值為是溝道調(diào)制系數(shù)，典型值為 0.01V-1參見參見 P41 圖圖 1.4.13MOSFET的小信號(hào)交流等效模型：的小信號(hào)交流等效模型：G+_Vgs.CgsCgdgmVgsrdsCbsB.gmbVbs.Cbd+_Vbs.CgbD.G+_Vgs.Cgs+CgbCgdgmVgs.rdsCds= CbdD.0Vbs 高頻高頻中低頻中低頻主要鏡像電流源知識(shí)回顧主要鏡像電流源知識(shí)回顧2.2.2.1 基本鏡像電流源基本鏡像電流源因：因：VBE1=VBE2有：有：IC1=IC2又：又：IR=IC12

8、IB得：得：IC2=IR/(1+2/）可見在可見在1時(shí)：時(shí)： IC2IRIC2與與IR是鏡像關(guān)系，故是鏡像關(guān)系，故稱為稱為鏡像電流源鏡像電流源。2.2.2.2 精密鏡像電流源精密鏡像電流源)221 (21222RRCIII鏡像電流精度提高了約鏡像電流精度提高了約倍，倍，但輸出電阻但輸出電阻ro的值沒有提高。的值沒有提高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1. 輸出電阻不夠高輸出電阻不夠高 2. T1,T2的工作狀態(tài)的工作狀態(tài) 不對(duì)稱（不對(duì)稱（VCE不同）不同）2.2.2.3 高輸出阻抗串接鏡像電流源高輸出阻抗串接鏡像電流源特點(diǎn)：輸出電阻特點(diǎn)：輸出電阻ro非常高非常高原因：原因：T4的輸出電阻對(duì)的輸出電阻對(duì)T2 有很

9、強(qiáng)烈的電流負(fù)有很強(qiáng)烈的電流負(fù) 反饋?zhàn)饔?。反饋?zhàn)饔谩?221ceorr輸出電阻：輸出電阻：求輸出電阻求輸出電阻ro的等效電路：的等效電路：2.2.2.4 閉環(huán)負(fù)反饋鏡像電流源威爾遜電流源閉環(huán)負(fù)反饋鏡像電流源威爾遜電流源222(1)22CRII2221ceorr特點(diǎn)：電流鏡像誤差很?。惶攸c(diǎn)：電流鏡像誤差很??； 輸出電阻很大。輸出電阻很大。2.2.3 對(duì)電源電壓變化不敏感的偏置電流源對(duì)電源電壓變化不敏感的偏置電流源2.2.3.1 比例電流源比例電流源RCIRRI212特點(diǎn)：特點(diǎn)：IC2和和IR成比例成比例 關(guān)系，比例系數(shù)關(guān)系，比例系數(shù) 由由R1/R2控制控制2.2.3.1 微電流源微電流源222lnCRTCIIRVI)ln1/(222CRRRCCIIIdIIdI特點(diǎn)：特點(diǎn)：IC2很小很小; IC2對(duì)電源電壓變化對(duì)電源電壓變化 不敏感。不敏感。第第 6 章章 MOS模擬集成電路基礎(chǔ)模擬集成電路基礎(chǔ)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：MOSMOS模擬集成基本單元電路；模擬集