MOSFET放大器

1、概述

在前面的文章中，我們已經(jīng)詳細(xì)了解了可以使用雙極結(jié)型晶體管 (BJT) 制作信號(hào)放大器。 然而，還有其他類(lèi)型的晶體管可用于構(gòu)建放大器架構(gòu)。在本文中，我們將重點(diǎn)關(guān)注其中之一：MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）。 在 BJT 中，基極充當(dāng)命令信號(hào)來(lái)控制發(fā)射極和集電極之間的電流。 在 MOSFET 中，命令分支稱(chēng)為柵極，它控制源極和漏極之間的電流。

下面第圖1展示了 MOSFET 的結(jié)構(gòu)：

圖1：耗盡型NMOS結(jié)構(gòu)

首先，我們來(lái)了解“耗盡”和 NMOS 術(shù)語(yǔ)的含義。 這里的術(shù)語(yǔ)“耗盡”指的是物理通道將漏極分支連接到源極分支的事實(shí)。 這意味著電流可以通過(guò) MOSFET，而無(wú)需向柵極施加電壓。 可以通過(guò)向柵極施加負(fù)電壓來(lái)阻止電流，通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)，該負(fù)電壓將推動(dòng)電子并吸引空穴。 術(shù)語(yǔ)“NMOS”是指溝道是基于P摻雜襯底（過(guò)量空穴）頂部的N摻雜硅區(qū)域（過(guò)量電子）構(gòu)建的。 因此，MOSFET中流過(guò)的電流為正。 N摻雜襯底頂部的P摻雜溝道晶體管稱(chēng)為PMOS，流過(guò)此類(lèi)MOSFET的電流為負(fù)。

MOSFET的一個(gè)有趣的方面是氧化硅層在柵極和溝道之間提供完全絕緣，因此柵極中的電流被認(rèn)為為零。 實(shí)際上，存在幾 pA (10-12 A) 的小漏電流。 在圖2中，我們展示了本文其余部分將考慮的結(jié)構(gòu)：

圖2：增強(qiáng)型NMOS結(jié)構(gòu)

在這種NMOS結(jié)構(gòu)中，漏極和源極分支之間沒(méi)有物理內(nèi)置n溝道。 這種不同的結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為增強(qiáng)。 通過(guò)向柵極施加正電壓來(lái)電感應(yīng)溝道，通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)吸引電子并推動(dòng) p 襯底/氧化物界面的空穴。

2、電路圖

在下面的圖3 中，我們展示了 MOSFET 的簡(jiǎn)單電路圖。 我們?cè)诖藞D中定義漏極電流$I_D$、漏極電壓$V_D$、柵源電壓$V_{GS}$以及字母“G”、“D”和“S”提到的柵極、漏極和源極的位置。

圖3：MOSFET電路圖

由于源極接地，柵極電壓 $V_{GS}$ 和漏極電壓 $V_{DS}$ 都帶有下標(biāo)“S”。 請(qǐng)注意，通常柵極是電壓源，而漏極電壓只是測(cè)量而不是施加。

3、電氣特性

3.1 **$I_D=F(V_{GS})$**特性

在本節(jié)中，我們將描述漏極電流在以下情況下的行為：

• 施加漏極電壓，柵極電壓變化：$I_D=f(V_{GS})$
• 施加?xùn)艠O電壓，漏極電壓變化：$I_D=f(V_{DS})$

首先讓我們關(guān)注特征 $I_D=f(V_{GS})$，如圖 4 所示：

圖4：I_D=f(V_{GS})特性

有趣的是，正電壓不會(huì)立即觸發(fā)導(dǎo)電通道的創(chuàng)建，因?yàn)楫?dāng) $V_{GS}<V_{th}$ 時(shí)沒(méi)有觀察到漏極電流，其中 V t h V_{th}