「第14讲 MOS管放大电路[中学小学]」.ppt

模拟电子技术 AnalogElectronicTechnology 上课可用 5场效应管放大电路 5 1金属 氧化物 半导体 MOS 场效应管 5 3结型场效应管 JFET 5 4砷化镓金属 半导体场效应管 5 5各种放大器件电路性能比较 5 2MOSFET放大电路 上课可用 P沟道 耗尽型 P沟道 P沟道 耗尽型 场效应管的分类 电场效应 单极性管 电压控制电流 P沟道 耗尽型 上课可用 场效应管的符号 N沟道MOSFET 耗尽型 增强型 P沟道MOSFET N沟道JFET P沟道JFET 上课可用 N沟道增强型MOSFET工作原理 1 vGS对沟道的控制作用 当vGS 0时 无导电沟道 d s间加电压时 也无电流产生 当0 vGS VT时 产生电场 但未形成导电沟道 感生沟道 d s间加电压后 没有电流产生 当vGS VT时 在电场作用下产生导电沟道 d s间加电压后 将有电流产生 平板电容器 vGS越大 导电沟道越厚 VT称为开启电压 典型值0 5 1 上课可用 2 工作原理 2 vDS对沟道的控制作用 靠近漏极d处的电位升高 电场强度减小 沟道变薄 当vGS一定 vGS VT 时 vDS ID 沟道电位梯度 整个沟道呈楔形分布 上课可用 当vGS一定 vGS VT 时 vDS ID 沟道电位梯度 当vDS增加到使vGD VT时 在紧靠漏极处出现预夹断 2 工作原理 2 vDS对沟道的控制作用 在预夹断处 vGD vGS vDS VT 上课可用 预夹断后 vDS 夹断区延长 沟道电阻 ID基本不变 2 工作原理 2 vDS对沟道的控制作用 上课可用 2 工作原理 3 vDS和vGS同时作用时 vDS一定 vGS变化时 给定一个vGS 就有一条不同的iD vDS曲线 上课可用 3 V I特性曲线及大信号特性方程 截止区当vGS VT时 导电沟道尚未形成 iD 0 为截止工作状态 可变电阻区vDS vGS VT 饱和区 恒流区又称放大区 vGS VT 且vDS vGS VT 上课可用 3 V I特性曲线及大信号特性方程 1 输出特性及大信号特性方程 可变电阻区vDS vGS VT 由于vDS较小 可近似为 rdso是一个受vGS控制的可变电阻 上课可用 3 V I特性曲线及大信号特性方程 1 输出特性及大信号特性方程 可变电阻区 n 反型层中电子迁移率Cox 栅极 与衬底间 氧化层单位面积电容 本征电导因子 其中 Kn为电导常数 单位 mA V2 上课可用 3 V I特性曲线及大信号特性方程 1 输出特性及大信号特性方程 饱和区 恒流区又称放大区 vGS VT 且vDS vGS VT 是vGS 2VT时的iD V I特性 上课可用 3 V I特性曲线及大信号特性方程 2 转移特性 上课可用 5 1 2N沟道耗尽型MOSFET 1 结构和工作原理 N沟道 二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子 可以在正或负的栅源电压下工作 而且基本上无栅流 上课可用 5 1 2N沟道耗尽型MOSFET 1 结构和工作原理 N沟道 当vGS 0时 由于绝缘层的存在 并不会产生栅极电流 而是在沟道中感应出更多的负电荷 使沟道变宽 在vDS的作用下 iD将有更大的数值 沟道变窄 从而使漏极电流减小 当vGS为负电压到达某个值时 耗尽区扩展到整个沟道 沟道完全被夹断 即使有vDS 也不会有漏极电流iD 此时的栅源电压称为夹断电压VP 当vGS 0时 VP为负值 上课可用 5 1 2N沟道耗尽型MOSFET 2 V I特性曲线及大信号特性方程 N沟道增强型 用夹断电压代替开启电压 N沟道增强型 饱和漏电流 上课可用 5 1 3P沟道MOSFET 除vGS和vDS的极性为负以及开启电压VT为负以外 电流iD流入源极 流出漏极 其他和NMOS相同 因为NMOS器件可以做得更小 运行更快 并且NMOS比PMOS需要的电源更低 因此NMOS已经取代了PMOS技术 CMOSBiCMOS 上课可用 5 1 4沟道长度调制效应 实际上饱和区的曲线并不是平坦的 L的单位为 m 当不考虑沟道调制效应时 0 曲线是平坦的 修正后 上课可用 5 1 5MOSFET的主要参数 一 直流参数 NMOS增强型 1 开启电压VT 增强型参数 2 夹断电压VP 耗尽型参数 3 饱和漏电流IDSS 耗尽型参数 4 直流输入电阻RGS 109 1015 二 交流参数 1 输出电阻rds 当不考虑沟道调制效应时 0 rds 上课可用 5 1 5MOSFET的主要参数 2 低频互导gm 二 交流参数 考虑到 则 其中 上课可用 5 1 5MOSFET的主要参数 三 极限参数 1 最大漏极电流IDM 2 最大耗散功率PDM 3 最大漏源电压V BR DS 4 最大栅源电压V BR GS 上课可用 在恒流区时g s d s间的电压极性 P2495 1 1 P2495 1 2 上课可用 5 2MOSFET放大电路 5 2 1MOSFET放大电路 1 直流偏置及静态工作点的计算 2 图解分析 3 小信号模型分析 上课可用 5 2 1MOSFET放大电路 1 直流偏置及静态工作点的计算 1 简单的共源极放大电路 N沟道 直流通路 共源极放大电路 上课可用 5 2 1MOSFET放大电路 1 直流偏置及静态工作点的计算 1 简单的共源极放大电路 N沟道 假设工作在饱和区 即 验证是否满足 如果不满足 则说明假设错误 须满足VGS VT 否则工作在截止区 再假设工作在可变电阻区 即 上课可用 假设工作在饱和区 满足 假设成立 结果即为所求 解 例 设Rg1 60k Rg2 40k Rd 15k 试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源电压VDSQ VDD 5V VT 1V 上课可用 5 2 1MOSFET放大电路 1 直流偏置及静态工作点的计算 2 带源极电阻的NMOS共源极放大电路 饱和区 需要验证是否满足 上课可用 5 2 1MOSFET放大电路 1 直流偏置及静态工作点的计算 静态时 vI 0 VG 0 ID I 电流源偏置 VDS VDD IDRd VS 饱和区 VS VG VGS VGS 上课可用 5 2 1MOSFET放大电路 2 图解分析 由于负载开路 交流负载线与直流负载线相同 上课可用 5 2 1MOSFET放大电路 3 小信号模型分析 1 模型 0时 高频小信号模型 0时 忽略 上课可用 3 小信号模型分析 解 例5 2 2的直流分析已求得 2 放大电