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【电路笔记】-MOSFET放大器

MOSFET放大器

文章目录

  • MOSFET放大器
    • 1、概述
    • 2、电路图
    • 3、电气特性
      • 3.1 ** I D = F ( V G S ) I_D=F(V_{GS}) ID=F(VGS)**特性
      • 3.2 I D = F ( V D S ) I_D=F(V_{DS}) ID=F(VDS)特性
    • 4、MOSFET放大器
    • 5、输入和输出电压
    • 6、电压增益
    • 7、总结

1、概述

在前面的文章中,我们已经详细了解了可以使用双极结型晶体管 (BJT) 制作信号放大器。 然而,还有其他类型的晶体管可用于构建放大器架构。在本文中,我们将重点关注其中之一:MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。 在 BJT 中,基极充当命令信号来控制发射极和集电极之间的电流。 在 MOSFET 中,命令分支称为栅极,它控制源极漏极之间的电流。

下面第图1展示了 MOSFET 的结构:

在这里插入图片描述

图1:耗尽型NMOS结构

首先,我们来了解“耗尽”和 NMOS 术语的含义。 这里的术语“耗尽”指的是物理通道将漏极分支连接到源极分支的事实。 这意味着电流可以通过 MOSFET,而无需向栅极施加电压。 可以通过向栅极施加负电压来阻止电流,通过场效应,该负电压将推动电子并吸引空穴。 术语“NMOS”是指沟道是基于P掺杂衬底(过量空穴)顶部的N掺杂硅区域(过量电子)构建的。 因此,MOSFET中流过的电流为正。 N掺杂衬底顶部的P掺杂沟道晶体管称为PMOS,流过此类MOSFET的电流为负。

MOSFET的一个有趣的方面是氧化硅层在栅极和沟道之间提供完全绝缘,因此栅极中的电流被认为为零。 实际上,存在几 pA (10-12 A) 的小漏电流。 在图2中,我们展示了本文其余部分将考虑的结构:

在这里插入图片描述

图2:增强型NMOS结构

在这种NMOS结构中,漏极和源极分支之间没有物理内置n沟道。 这种不同的结构被称为增强。 通过向栅极施加正电压来电感应沟道,通过场效应吸引电子并推动 p 衬底/氧化物界面的空穴。

2、电路图

在下面的图3 中,我们展示了 MOSFET 的简单电路图。 我们在此图中定义漏极电流 I D I_D ID、漏极电压 V D V_D VD、栅源电压 V G S V_{GS} VGS以及字母“G”、“D”和“S”提到的栅极、漏极和源极的位置。

在这里插入图片描述

图3:MOSFET电路图

由于源极接地,栅极电压 V G S V_{GS} VGS 和漏极电压 V D S V_{DS} VDS 都带有下标“S”。 请注意,通常栅极是电压源,而漏极电压只是测量而不是施加。

3、电气特性

3.1 ** I D = F ( V G S ) I_D=F(V_{GS}) ID=F(VGS)**特性

在本节中,我们将描述漏极电流在以下情况下的行为:

  • 施加漏极电压,栅极电压变化: I D = f ( V G S ) I_D=f(V_{GS}) ID=f(VGS)
  • 施加栅极电压,漏极电压变化: I D = f ( V D S ) I_D=f(V_{DS}) ID=f(VDS)

首先让我们关注特征 I D = f ( V G S ) I_D=f(V_{GS}) ID=f(VGS),如图 4 所示:

在这里插入图片描述

图4:I_D=f(V_{GS})特性

有趣的是,正电压不会立即触发导电通道的创建,因为当 V G S < V t h V_{GS}<V_{th} VGS<Vth 时没有观察到漏极电流,其中 V t h V_{th}

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