MOSFET放大器

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，它控制源极和漏极之间的电流。

下面第图1展示了 MOSFET 的结构：

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：

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$I_D$、漏极电压$V_D$、栅源电压$V_{GS}$以及字母“G”、“D”和“S”提到的栅极、漏极和源极的位置。

图3：MOSFET电路图

由于源极接地，栅极电压 $V_{GS}$ 和漏极电压 $V_{DS}$ 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 **$I_D=F(V_{GS})$**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：$I_D=f(V_{GS})$
• 施加栅极电压，漏极电压变化：$I_D=f(V_{DS})$

首先让我们关注特征 $I_D=f(V_{GS})$，如图 4 所示：

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 $V_{GS}<V_{th}$ 时没有观察到漏极电流，其中 V t h V_{th}