模电-第五章-四川大学PPT课件

.,1,5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,.,2,P沟道,耗尽型,P沟道,P沟道,（耗尽型）,场效应管的分类：,场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。,.,3,5.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管,5.1.1N沟道增强型MOSFET,5.1.5MOSFET的主要参数,5.1.2N沟道耗尽型MOSFET,5.1.3P沟道MOSFET,5.1.4沟道长度调制效应,.,4,5.1.1N沟道增强型MOSFET,1.结构（N沟道）,L：沟道长度,W：沟道宽度,tox：绝缘层厚度,通常WL,.,5,剖面图,符号,D(Drain)为漏极，相当c；G(Gate)为栅极，相当b；S(Source)为源极，相当e。,#符号中的箭头方向表示什么？,.,6,金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管(MetalOxideSemiconductorFET)。分为增强型:当VGS=0时，不存在导电沟道N沟道、P沟道耗尽型：当VGS=0时，存在导电沟道N沟道、P沟道,.,7,2.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0VT，且vDS（vGSVT）,是vGS2VT时的iD,V-I特性：,.,14,（2）转移特性,.,15,5.1.2N沟道耗尽型MOSFET,1.结构和工作原理简述（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,.,16,2.V-I特性曲线及大信号特性方程,（N沟道增强型）,.,17,5.1.3P沟道MOSFET,.,18,5.1.4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,.,19,开启电压VGS(th)(或VT)开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。,夹断电压VGS(off)(或VP)夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off)时,漏极电流为零。,饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应三极管,当VGS=0时所对应的漏极电流。,5.1.5MOSFET的主要参数,一、直流参数,.,20,输入电阻RGS场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107，对于绝缘栅型场效应三极管,RGS约是1091015。,二、交流参数,低频跨导gm低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，这一点与电子管的控制作用相似。gm可以在转移特性曲线上求取，单位是mS(毫西门子)。,.,21,三、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,.,22,5.2MOSFET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,*5.2.2带PMOS负载的NMOS放大电路,.,23,5.2.1MOSFET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）,共源极放大电路,直流通路,.,24,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VGSVT，否则工作在截止区,再假设工作在可变电阻区,即,.,25,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，,.,26,（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,.,27,静态时，vI0，VG0，IDI,电流源偏置,VSVGVGS,（饱和区）,（3）电流源偏置共源极放大电路,.,28,2.图解分析,由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同,.,29,3.小信号模型分析,（1）模型,静态值（直流）,动态值（交流）,非线性失真项,当vgs2(VGSQ-VT)时，,.,30,0时,高频小信号模型,式中gm=2Kn(VGSVT),.,31,解：例5.2.2的直流分析已求得：,（2）放大电路分析（例5.2.5）,s,.,32,s,.,33,例5.2.6,共漏,.,34,.,35,交流参数归纳如下,电压放大倍数,共源极电路,.,36,共漏极电路,电压放大倍数,.,37,.,38,*5.2.2带PMOS负载的NMOS放大电路,本小节不作教学要求，有兴趣者自学,end,.,39,5.3结型场效应管,5.3.1JFET的结构和工作原理,5.3.2JFET的特性曲线及参数,5.3.3JFET放大电路的小信号模型分析法,.,40,5.3.1JFET的结构和工作原理,1.结构,#符号中的箭头方向表示什么？,.,41,2.工作原理,vGS对沟道的控制作用,当vGS0时,（以N沟道JFET为例）,当沟道夹断时，对应的栅源电压vGS称为夹断电压VP（或VGS(off)）。,对于N沟道的JFET，VP0。,PN结反偏,耗尽层加厚,沟道变窄。,vGS继续减小，沟道继续变窄。,.,42,vDS对沟道的控制作用,当vGS=0时，,vDS,iD,g、d间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。,当vDS增加到使vGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。,此时vDS,夹断区延长,沟道电阻,iD基本不变,.,43,vGS和vDS同时作用时,当VPvGS0时，导电沟道更容易夹断，,对于同样的vDS，iD的值比vGS=0时的值要小。,在预夹断处,vDS=vGS-VP,.,44,综上分析可知,沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管。,JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制。,预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。,#为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？,JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此iG0，输入电阻很高。,.,45,5.3.2JFET的特性曲线及参数,2.转移特性,1.输出特性,(VPvGS0),.,46,与MOSFET类似,3.主要参数,5.3.2JFET的特性曲线及参数,.,47,5.3.3JFET放大电路的分析法,1、直流分析,对于JFET放大电路，除了可采用MOS管放大电路的偏置电路外，还可采用自偏置电路,注意：该偏置电路不适用于增强型FET,.,48,2、JFET小信号模型,（1）低频模型,.,49,（2）高频模型,.,50,3、动态指标分析,（1）中频小信号模型,.,51,（2）中频电压增益,（3）输入电阻,（4）输出电阻,忽略rds，,由输入输出回路得,则,通常,则,.,52,*5.4砷化镓金属-半导体场效应管,不作教学要求，有兴趣者自学,.,53,1.双极型和场效应型三极管的比较,双极型三极管场效应三极管结构NPN型结型耗尽型N沟道P沟道PNP型绝缘栅增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型N沟道P沟道C与E一般不可倒置使用D与S有的型号可倒置使用载流子多子扩散少子漂移多子漂移输入量电流输入电压输入控制电流控制电流源CCCS()电压控制电流源VCCS(gm),5.5各种放大器件电路性能比较,.,54,双极型三极管场效应三极管噪声较大较小温度特性受温度影响较大较小，可有零温度系数点输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上静电影响不受静电影响易受静电影响集成工艺不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成,.,55,2.各种放大器件电路性能比较,.,56,组态对应关系：,CE,BJT,FET,CS,CC,CD,CB,CG,BJT,FET,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,.,57,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,.,58,解：,画中频小信号等效电路,例题,.,59,例题,则电压增益为,由于,则,.,60,例：设gm=3mA/V，=50，rbe=1.7k,求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,.,61,（1）估算各级静态工作点:（略）,（2）动态分析:,微变等效电路,首先计算第二级的输入电阻