场效应_上课_

1、(1-1)思考题：思考题：若首级接射极输出器、中间级接共射放大若首级接射极输出器、中间级接共射放大电路、末级接射极输出器，射极输出器和共射电路、末级接射极输出器，射极输出器和共射放大电路的参数同前。求该三级放大电路的放放大电路的参数同前。求该三级放大电路的放大倍数大倍数Au 、 Aus 、 ri和和ro 。RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3 1=100， 2=60， 3=100(1-2)RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3 1=100， 2=60， 3=100rbe1=2.

2、36 k ， rbe2=1.62 k ， rbe3=2.36 k k52122121.r/R/RrRbeiLk523CoSRrR)1 (33332LbeBiL Rr/RrRLEL/RR R23(1-3)RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3)(112111LEbeBii/RRr/Rrr333231)(beSBEoorR/R/Rrr731001557036265/./.101k)521.65)(100(12.36570./(1-4)RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3980521

3、6510136252165101)1 ()1 (12111211././.R/RrR/RALEbeLEuk52122121.r/R/RrRbeiL(1-5)RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC36215603232.r/rr/RAibeiCuRL=5 k 时：时： ri2=173 k ， Au2=-185，Au3=0.99RL=1 k 时：时： ri2=76 k ， Au2=-174 ，Au3=0.97LbeLu R)(r R)(A333311(1-6)RL=5 k 时：时： ri2=173 k ， Au2=-185，Au3=0.99R

4、L=1 k 时：时： ri2=76 k ， Au2=-174 ，Au3=0.97101kir，RS=20k ，321uuuuAAAA9801.AuRL=5 k 时：时：RL=1 k 时：时：5179990)185(980.Au4165970)174(980.Au814920101101.AAuus113820101101.AAuusSiiuusRrrAA(1-7)例例2：设设 gm=3mA/V， =50，rbe = 1.7k前级前级:场效应管场效应管共源极放大器共源极放大器后级后级:晶体管晶体管共射极放大器共射极放大器求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电

5、阻。+UCCRS3M(+24V)R120k10kC2C3R4R3RLRE282k43k10k8k10kC1RCT1RE1CE2T2CE1RD10kR21MSUiUoU(1-8)（1）估算各级静态工作点）估算各级静态工作点: （略）（略）（2）动态分析）动态分析: 微变等效电路微变等效电路ir2iror首先计算第二级的输入电阻：首先计算第二级的输入电阻： ri2= R3/ R4/ rbe=82/43/1.7=1.7 k R3R4RCRLRSR2R1RDrbegsUdIsUoUcIbIgdsiU(1-9)第二步：计算各级电压放大倍数第二步：计算各级电压放大倍数4471103211.)./()r/R

6、(g RgAiDmLmu147711010502.)/(rR/Rr RAbeLCbeLuR3R4RCRLRSR2R1RDrbegsUdIsUoUcIbIgdsiU(1-10)第三步：计算输入电阻、输出电阻第三步：计算输入电阻、输出电阻ri=R1/R2=3/1=0.75M ro=RC=10k R3R4RCRLRSR2R1RDrbegsUdIsUoUcIbIgdsiU(1-11)第四步：计算总电压放大倍数第四步：计算总电压放大倍数Au=Au1Au2 =(-4.4) (-147) =64763075020750647iSiuusrRrAAR3R4RCRLRSR2R1RDrbegsUdIsUoUcIb

7、IgdsiU(1-12)阻容耦合电路的频率特性：阻容耦合电路的频率特性：fA耦合电耦合电容造成容造成三极管结三极管结电容造成电容造成采用直接耦合的方式可放大缓慢变化的信采用直接耦合的方式可放大缓慢变化的信号，扩大通频带。号，扩大通频带。阻容耦合电路缺点：阻容耦合电路缺点：不能放大直流信号。不能放大直流信号。(1-13)3.13.1、结型场效应管、结型场效应管3.3 3.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数3.4 3.4 场效应管放大电路场效应管放大电路(1-14)场效应管场效应管FET与三极管与三极管BJT的区别的区别1. BJT: 是是 电流控制元件电流控制元件； FET: 是是电压控制

8、元件电压控制元件。2. BJT 参与导电的是参与导电的是电子电子空穴空穴，因此称其为双极型器件；，因此称其为双极型器件； FET 是电压控制元件，参与导电的只有是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子一种载流子，称为单级型器件。，称为单级型器件。3. BJT 输入电阻较低输入电阻较低，一般，一般102104 ；FET 输入电阻高输入电阻高，可达，可达1091014 场效应管的分类场效应管的分类结型场效应管结型场效应管JFETMOS型场效应管型场效应管MOSFET 双极型三极管双极型三极管 场效应三极管场效应三极管噪声噪声 较大较大 较小较小温度特性温度特性 受温度影响较大受温度影响较大 较小，

9、可有零温度系数点较小，可有零温度系数点输入电阻输入电阻 几十到几千欧姆几十到几千欧姆 几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响 不受静电影响不受静电影响 易受静电影响易受静电影响集成工艺集成工艺 不易大规模集成不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成适宜大规模和超大规模集成(1-15)N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)分类：分类：耗尽型耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型增强型：场效

10、应管没有加偏置电压时，没有导电沟道：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道(1-16)3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理1. 结构结构 g d s g d s N P P (1-17)N基底基底 ：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极一、结构一、结构导电沟道导电沟道(1-18)NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS(1-19)PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS(1-20)3.13.1、结型场效应管、结型场效应管3.1.1、结构与工作原理、结构与

11、工作原理漏极漏极 D 集电极集电极 C栅极栅极 G 基极基极 B源极源极 S 发射极发射极 E导通条件：导通条件： UGS 0 UBE 0 UDS 0 UBC 01) 在一定UDS作用下, 栅源极电压 为负, 栅源极勾道通, UGS决定 电流 iD 的大小2) 沟道中只有一种截流子 单极型晶体管1、结构、结构(1-21)2. 2. JFETJFET工作原理工作原理 N沟道沟道结型场效应三极管只能工作在结型场效应三极管只能工作在负栅压负栅压区，区，P沟道沟道的只能工作在的只能工作在正栅压正栅压区，区，当当UGS=0时，时， 沟道较宽沟道较宽，在，在UDS的作用下的作用下N沟道内的电子定向运动形成

12、漏极电流沟道内的电子定向运动形成漏极电流ID。当当UGS0时，时，PN结反偏，结反偏，PN结加宽，漏源间的结加宽，漏源间的沟道将变窄沟道将变窄，ID将减小将减小， 当当UGS继续向负方向增加，沟道继续变窄，继续向负方向增加，沟道继续变窄，ID继续减小直至为继续减小直至为0。 当当漏极电流为零漏极电流为零时时 所对应的所对应的栅源电压栅源电压UGS称为称为夹断电压夹断电压UP。P+P+NGSDUDSIDDP+P+NGSUDSIDUGS预夹断预夹断UGS=UP夹断状态夹断状态ID=0导电沟道导电沟道(1-22)3.1.2 3.1.2 JFETJFET特性曲线特性曲线转移特性曲线转移特性曲线输出特性

13、曲线输出特性曲线)(DSDUfi const GSU1. 输出特性曲线：输出特性曲线：l 可变电阻区可变电阻区 l 线性放大区线性放大区 ID=gm UGSl 击穿区击穿区IDSS：饱和栅极漏极电流, UGS=0UP： 预夹断电压, iD=0 UT： 开启电压, 不通转通2. 转移特性曲线转移特性曲线：2PGSDSSD)(1UUII(1-23)结结型型场场效效应应管管 N沟沟道道耗耗尽尽型型P沟沟道道耗耗尽尽型型(1-24) 结型场效应管的缺点：结型场效应管的缺点：1. 栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在以上，但在某些场合仍嫌不够高。某些场合仍嫌不够高。3. 栅源极间

14、的栅源极间的PN结加正向电压时，将出现结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2. 在高温下，在高温下，PN结的反向电流增大，栅源结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。极间的电阻会显著下降。(1-25)2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:一、结构和电路符号一、结构和电路符号PNNGSDP型基底型基底两个两个N区区SiO2绝缘层绝缘层导电沟道导电沟道金属铝金属铝GSDN沟道增强型沟道增强型(1-26)N 沟道耗尽型沟道耗尽型PNNGSD预埋了导预埋了导电沟道电沟道 GSD(1-27)NPPGSDGSDP

15、 沟道增强型沟道增强型(1-28)P 沟道耗尽型沟道耗尽型NPPGSDGSD予埋了导予埋了导电沟道电沟道 (1-29)3.2.1. N3.2.1. N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管场效应管漏极漏极D集电极集电极C源极源极S发射极发射极E栅极栅极G基极基极B衬底衬底B电极电极金属金属绝缘层绝缘层氧化物氧化物基体基体半导体半导体称之为称之为MOS管管类型： N沟道 增强型 P沟道 耗尽型退出退出1. 结构和工作原理 (1-30) N N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET的工作原理的工作原理 (1)栅源电压UGS的控制作用SDGPN+N+SiO型衬底DSUGSU2=0空穴正离子电

16、子负离子+ 先令漏源电压UDS=0，加入栅源电压UGS以后并不断增加。 UGS带给栅极正电荷，会将正对SiO2层的表面下的衬底中的空穴推走，从而形成一层负离子层，即耗尽层，用绿色的区域表示。 同时会在栅极下的表层感生一定的电子电荷，若电子数量较多，从而在漏源之间可形成导电沟道。 沟道中的电子和P型衬底的多子导电性质相反，称为反型层。此时若加上UDS ，就会有漏极电流ID产生。反型层 显然改变显然改变UGS就就会改变沟道，从而会改变沟道，从而影响影响ID ，这说明，这说明UGS对对ID的控制作的控制作用。用。0DSU 当UGS较小时，不能形成有效的沟道，尽管加有UDS ，也不能形成ID 。当增加

17、UGS，使ID刚刚出现时，对应的UGS称为开启电压，用UGS(th)或UT表示。(1-31) (2).漏源电压UDS的控制作用 设UGSUGS(th)，增加UDS，此时沟道的变化如下。SDGPN+N+SiO2型衬底DSU+GSUGS(th)U空穴正离子电子负离子 显然漏源电压会对沟道产生影响，因为源极和衬底相连接，所以加入UDS后， UDS将沿漏到源逐渐降落在沟道内，漏极和衬底之间反偏最大，PN结的宽度最大。所以加入UDS后，在漏源之间会形成一个倾斜的PN结区，从而影响沟道的导电性。 当UDS进一步增加时， ID会不断增加,同时，漏端的耗尽层上移，会在漏端出现夹断，这种状态称为预夹断。预夹断

18、当UDS进一步增加时， 漏端的耗尽层向源极伸展，此时ID基本不再增加，增加的UDS基本上降落在夹断区。DI(1-32) 当当UGS较小较小时，虽然在时，虽然在P型衬底表面形成型衬底表面形成 一层一层耗尽层耗尽层，但负离子不能导电。，但负离子不能导电。 当当UGS=UT时时, 在在P型衬底表面形成一层型衬底表面形成一层 电子层电子层，形成，形成N型导电沟道型导电沟道 在在UDS的作用下形成的作用下形成ID。UDSID+ +- -+-+- - -UGS反型层反型层 当当UGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论结，无论UDS之间加上电压之间加上电压 不会在不会

19、在 D、S间形成电流间形成电流ID,即即ID0.当当UGSUT时时, 沟道加厚，沟道电阻沟道加厚，沟道电阻 减少，减少，在相同在相同UDS的作用下的作用下 ID将进一步增加将进一步增加开始无导电沟道，当在开始无导电沟道，当在UGS UT时时才形成沟道才形成沟道,这种类型的管子称为这种类型的管子称为增强型增强型MOS管管 N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS工作原理工作原理(1-33)2.N2.N沟道沟道增强型增强型MOSMOS特性曲线特性曲线 U UDSDS一定时，一定时，U UGSGS对漏极电流对漏极电流I ID D的控制的控制 关系曲线关系曲线 I ID D= =f f( (U UGSG

20、S) ) U UDSDS=C=C 1). 1). 转移特性曲线转移特性曲线UDSUGS-UTUGS(V)ID(mA)UT在恒流区，ID与UGS的关系为IDK(UGS-UT)2沟道较短时，应考虑UDS对沟道长度的调节作用：IDK(UGS-UT)2（1+ UDS)K导电因子（导电因子（mA/V2) 沟道调制长度系数沟道调制长度系数LWCKOXn2 LWK2nSK2DSULL n沟道内电子的表面迁移率沟道内电子的表面迁移率COX单位面积栅氧化层电容单位面积栅氧化层电容W沟道宽度沟道宽度L沟道长度沟道长度Sn沟道长宽比沟道长宽比K本征导电因子本征导电因子(1-34)2). 2). 输出特性曲线输出特性

21、曲线2. 恒流区恒流区：UGS一定，一定，ID基本不随基本不随UDS变化而变变化而变3.击穿区击穿区： UDS 增加到某一值时，增加到某一值时，ID开始剧增而出开始剧增而出现击穿。现击穿。ID开始剧增时开始剧增时UDS称为漏源击穿称为漏源击穿电压。电压。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)U UGSGS一定时，一定时， I ID D与与U UDSDS的变化曲线，是一族曲线的变化曲线，是一族曲线 I ID D= =f f( (U UDSDS) ) U UGSGS=C =C 1.可变电阻区：可变电阻区： 近线性近线性 ID 2K(UGS-UT)

22、UDS可变电阻区可变电阻区:当UGS变化时，RON将随之变化恒阻区恒阻区: 当UGS一定时，RON近似为一常数2K1UU1dIdURTGS0dUDDSonGS(1-35)3.2.2 N3.2.2 N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管场效应管+ + + + + + + 耗尽型耗尽型MOS管存在管存在原始导电沟道原始导电沟道1. 1. 工作原理工作原理当UGS=0时， UDS加正向电压，产生漏极电流ID,此时的漏极电流称为漏极饱和电流 IDSS当UGS0时，将使ID进一步增加。当UGS0时，UGS的减小漏极电流逐渐减小。直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压 UP退出退出(1-36)

23、2.2. 特性曲线特性曲线转移特性曲线转移特性曲线UGS(V)ID(mA)UP在恒流区在恒流区IDK(UGS-UP)2沟道较短时沟道较短时IDK(UGS-UT)2（1+ UDS)ID IDSS(1- UGS /UP)2常用关系式：常用关系式：输出特性曲线输出特性曲线ID(mA)N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS管可工作在管可工作在 U UGSGS 0 0或或U UGSGS0 0 N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS管只能工作在管只能工作在 U UGSGS00(1-37)各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型(1-38)绝缘栅

24、场效应管 N沟道耗尽型P 沟道耗尽型各类场效应三极管的特性曲线各类场效应三极管的特性曲线(1-40)3.3 3.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数1. 开启电压开启电压UT MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。场效应管不能导通。2. 夹断电压夹断电压UP 夹断电压是耗尽型夹断电压是耗尽型FET的参数，当的参数，当UGS=UP 时时,漏极电流为零。漏极电流为零。3. 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管当耗尽型场效应三极管当UGS=0时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。4. 直流输入电阻直流输

25、入电阻RGS栅源间所加的恒定电压栅源间所加的恒定电压UGS与流过栅极电流与流过栅极电流IGS之比之比结型场效应管，反偏时结型场效应管，反偏时RGS约大于约大于107，绝缘栅场效应管，绝缘栅场效应管RGS约是约是10910155. 漏源击穿电压漏源击穿电压BUDS 使使ID开始剧增时的开始剧增时的UDS。6.栅源击穿电压栅源击穿电压BUGSJFET：反向饱和电流剧增时的栅源电压：反向饱和电流剧增时的栅源电压 MOS：使：使SiO2绝缘层击穿的电压绝缘层击穿的电压7. 低频跨导低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用)1 (2PGSPDSScons

26、tGSDmDSUUUIUIgu半导体三极管图片半导体三极管图片 参 数型 号PDM m W IDSS m A VRDS VVRGS V VP V gmmA/ V fM MHz3DJ2D 100 20 20 -4 2 3003DJ7E 100 20 20 -4 3 903DJ15H 100 6 11 20 20 -5.5 83DO2E 1000.35 1.2 12 25 1000CS11C 1000.3 1 -25 -4 2 (1-42)3.4 场效应管放大电路场效应管放大电路1 1、静态值：、静态值：3.4.1 共源组态基本放大电路共源组态基本放大电路GUSU2CdRDDV1CsRVTCsui

27、DIg2Rg1RVTVDDuiC1C2RdRLuoRg1CsRg2GURsSUVTVDDuiC1C2RdRLuoRsCsRg22CdRDDV1C+ + +gRsRVTCsuiuo+ +(1). 分压偏置电路 g2g1DDg2GRRVRU )(1 2PGSDSSDUUIIUGS= UGUS= UGIDRSUDS= VDDID(Rd+RS)(2). 自给偏压电路 )(1 2PGSDSSDUUIIUGS= -IS RS = -ID RSUDS= VDDID(Rd+RS)自给偏置电路：适合结型管和耗尽型MOS管外加偏置电路：适合增强型MOS管采用结型场效应管采用结型场效应管采用采用绝缘栅绝缘栅场效应管

28、场效应管退出退出(1-43)2 2、微变等效电路、微变等效电路1、场效应管微变等效电路场效应管微变等效电路 受控源： 电压控制电流源 输入电阻：rgs 很大忽略 输出电阻：rds 很大忽略gsdconstGSDmDSuiUIgu2. 2. 共源组态放大电路共源组态放大电路 微变等效电路微变等效电路 IDSDrdvgs+-+-vdsGiDgmvgssRg1Rg2RdRLRdsrgsUoUsUiUgsmUgsdgiIoI(1-44)电压放大倍数电压放大倍数LddsL/RRrRLmgsLddsgsm)/(RgVRRrVgAvLddsgsmo)/(RRrVgV3. 3. 交流分析交流分析输入电阻输入电

29、阻 g2g1.i.ii/RRIVr输出电阻输出电阻计算计算Ro的电路模型的电路模型ddsooo/=RrIVrgsiUU(1-45)例3.3.1 用EWB分析图共源结型场效应管基本放大电路的静态工作点和电压放大倍数，并与理论计算相比较。已知gm=0.69mA/V ,IDSS=1mA、UP= -2V。 (1)静态工作点仿真，结果列在图中。(2)静态工作点理论计算。 UDSVDD（RSR）ID 上述方程组代入数据得两组解： ID0.46 mA，UGS0.6 V，UDS6.8 V。 SDg2g1g2DDGSRIRRRVU2PGS)1 ( UUIIDSSD(3)动态计算。 列方程 Ui Ugs Uogm

30、UgsRL 求解得： Augm RL = 3.45 (4)电压放大倍数的仿真。Au465/100=4.65，比计算值大，这主要是由三极管参数差异造成的。如果实际安装，实测值一般与计算值也会有差别，需要通过调试使电子电路的技术指标符合要求。(1-46)+C2+C3RSRERLuoRG2RG1RGRDRBRSC19VT2T1200 k100k56 . k1M600uS470+-47k+-C475ugsibRGRsib+usRCRBRLREuog umGSRG2RG1rbe+-+-mV 8 .4338. 4)/)(1 (/oLEbeBDmsURRrRRgAuk 6 . 5M 10/Do1G2G1Gi

31、RrRRRr例3.3.2.两 级 交 流 放 大 电 路 如 图 所 示， 已 知 场 效 应 管 的 gm=2 mS， 晶 体 管 的 。要 求：(1) 画 出 放 大 电 路 的 微 变 等 效 电 路；(2) 计 算 Aus (3) 计 算 第 一 级 的 输 入、输 出电 阻；(4) 说 明 前 级 采 用 场 效 应 管， 后 级 采 用 射 极 输 出 放 大 电 路 的 作 用。100前 级 采 用 场 效 应 管 可 以 提 高 电 路 的 输 入 电 阻，后 级 采 用 射 极 跟 随 器 可 以 降 低 输 出 电 阻， 提 高 带 负 载 能 力。(1-47)3.4.2

32、3.4.2 共漏组态基本放大电路共漏组态基本放大电路电压放大倍数电压放大倍数LmLmio1RgRgVVAv(1)(1)直流分析直流分析 VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2) VGSQ= VGVS= VGIDQR IDQ= IDSS1(VGSQ /VGS(off)2 VDSQ= VDDIDQR(2)(2)交流分析交流分析输入电阻输入电阻)/(g2g1giRRRr 输出电阻输出电阻)/ 1/(/)/(mdsogsmdso.ogrRUUgrRUIgsoUUmmmdsooo1/1)/1/(/gRRgRgrRIUr退出退出(1-48)3.4.3 3.4.3 共栅组态基本放大电路共栅组态基本放大电路 电

33、压放大倍数电压放大倍数(2)(2)交流分析交流分析输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻(1)(1)直流分析直流分析与共源组态放大电路相同 VTVDDCgC2RdRg1RsCsRg2RLsRsUoUGUoUiIRdRLRgsdgsmUggsUiUsRsULmLdmgsLdgsmiou)/()/(RgRRgURRUgUUAmmgsmgsgsiii1/11gRgRUgRUUIUr roRd (1-49)双极型和场效应三极管的三种组态基本放大电路的比较双极型和场效应三极管的三种组态基本放大电路的比较 (1-50)场效应三极管的三种组态基本放大电路的交流参数比较场效应三极管的三种组态基本放大电路的交流参数

34、比较 退出退出(1-51)例3.3.3 电 路如 图 所 示， 设 场 效 应 管 的gm=0.8 mS，晶 体 管 的 。 要 求： (1) 画 出 微 变 等 效 电 路； (2) 计 算 整 个 电 路 的 电 压 放 大 倍 数； (3) 计 算 输 入 电 阻。100RSRGR1R2RERD+uiUCC(18V)+-43 . k47k1k2k200Fuo+-1F51 . M100ibRGR1R2RERSuiuo43k1005 1 . M1kGDCrbeibg umGS+-47k+-uGS2kRDBEEbeDGSmDbSbGSmo)1()()(RrRugRiRiuguAuug Rg R

35、 RrRRg Rg R RrRRuoimSmDSbeDEmSmDSbeDE1+()().11092ri M 5 1.(1-52)二、二、MOS管的工作原理管的工作原理以以N 沟道增强型为例沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时时D-S 间相当于间相当于两个反接的两个反接的PN结结ID=0对应截止区对应截止区(1-53)PNNGSDUDSUGSUGS0时时UGS足够大时足够大时（UGSVT）感）感应出足够多电子，应出足够多电子，这里出现以电子这里出现以电子导电为主的导电为主的N型型导电沟道。导电沟道。感应出电子感应出电子VT称为阈值电压称为阈值电压(1-54)UGS较小时，导较小时，

36、导电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGS(1-55)PNNGSDUDSUGS当当UDS不太大不太大时，导电沟道时，导电沟道在两个在两个N区间区间是均匀的。是均匀的。当当UDS较大较大时，靠近时，靠近D区的导电沟区的导电沟道变窄。道变窄。(1-56)PNNGSDUDSUGS夹断后，即夹断后，即使使UDS 继续继续增加，增加，ID仍仍呈恒流特性呈恒流特性。IDUDS增加，增加，UGD=VT 时，时，靠近靠近D端的沟道被夹断，端的沟道被夹断，称为予夹断。称为予夹断。(1-57)三、增强型三、增强型N沟道沟道MOS管

37、的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT(1-58)输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS0(1-59)输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS0(1-60)耗尽型耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线IDmAVUDSUGS 实验线路实验线路(共源极接法共源极接法)GSD(1-61)输出特性曲线输出特性曲线UGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V夹断电压夹断电压UP=-2V固定一个固定一个U DS，画出，画出ID和和UGS的关系曲线，称为转移特性的关系曲线，称为转移特性曲线曲线(

38、1-62)耗尽型耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSUP夹断电压夹断电压(1-63)跨导跨导gmUGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V= ID / UGS =（3-2）/（1-0）=1/1=1mA/V UGS ID(1-64)场效应管放大电路场效应管放大电路1 电路的组成原则及分析方法电路的组成原则及分析方法(1).静态：适当的静态工作点，使场效应管工静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区作在恒流区 (2).动态动态: 能为交流信号提供通路能为交流信号提供通路组成原则组成原

39、则静态分析：静态分析： 估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析：微变等效电路法。微变等效电路法。分析方法分析方法(1-65)N沟道耗尽型绝缘栅场效应管沟道耗尽型绝缘栅场效应管 符号及特性曲线符号及特性曲线GSDIDUDSUGSGSD(1-66)UGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2VQ跨导跨导gm = ID / UGS ID = gm UGSid=gmugsID = gm UGS(1-67)2 场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路gsuGSDdidsuSGDrDSgsugsmugdsuidrDS = UDS

40、/ ID 很大，可忽略。很大，可忽略。(1-68)场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路压控电流源压控电流源SGDgsugsmugdsuid(1-69)3 静态分析静态分析无输入信号时（无输入信号时（ui=0），），估算：估算：UDS和和 ID。+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KIDUDSR1=150k R2=50k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =3mA/VUDD=20V(1-70)设：设：UGUGS则：则：UG US而：而：IG=0mA5 . 0RURUISGSSD V10)RR(IU

41、UDSDDDDS +UDD+20VR1RDRGR2150K50K1M10KRS10KGDS所以：所以：V5URRRUDD212G =直流通道直流通道IDUDSIG(1-71)4 动态分析动态分析微变等效电路微变等效电路+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KSGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDgsugsmugdsuid(1-72) 动态分析：动态分析：UgsUiUgsgmIdrirogsiUU UoSGR2R1RGRL DRLRD)R/R(UgULDgsmo = gm UiRL LmuRgA 电压放大倍数电

42、压放大倍数负号表示输出输入反相负号表示输出输入反相(1-73)电压放大倍数估算电压放大倍数估算LmuRgA R1=150k R2=50k RG=1M RS=10k RD=10k RL=10k gm =3mA/VUDD=20V=-3 （10/10）=-15RL=RD/RL(1-74)ro=RD =10K SGR2R1RGRL DRLRD输入电阻、输出电阻输入电阻、输出电阻=1+0.15/0.05=1.0375M R1=150k R2=50k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =3mA/VUDD=20Vrirori=RG+R1/R2(1-75)5 源极输出器源极输出器uo

43、+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL150K50K1M10KDSC2G10KR1=150k R2=50k RG=1M RS=10k RL=10k gm =3mA/VUDD=20V(1-76)静态工作点静态工作点:V5URRRUDD212G =US UGmA5 . 0RURUISGSSD UDS=UDD- US =20-5=15V(1-77)uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL150K50K1M10KDSC2G10K微变等效电路：微变等效电路：(1-78)微变等效电路：微变等效电路：iU gsU oU dI gsmUg LgsmgsLgsmiouRUgURUgUUA 1R

44、g1RgLmLm riro ro gR2R1RGsdRLRSUi=Ugs+UoUo =Id(RS/RL)=gm Ugs RL(1-79)求求rigR2R1RGsdRLRSriri=RG+R1/R2(1-80)求求ro加压求流法加压求流法mgsmgsdoog1UgUIUr SooR/rr gsU oU dI gsmUg ro ro =RS1+gm RSIogR2R1RGsRS(1-81)ri=RG+R1/R2uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL150K50K1M10KDSC2G10KR1=150k R2=50k RG=1M RS=10k RL=10k gm =3mA/VUDD=20

45、VAu =gm RL1+gm RL=3 (10/10) /1+3 (10/10) =0.94 =RS1+gm RSro=10/(1+3 10)=0.323 k 代入数值计算代入数值计算=1+0.15/0.05=1.0375 M (1-82)场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1) 场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)输入输出输入输出反相，电压放大倍数大于反相，电压放大倍数大于1；输出电阻；输出电阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于放大倍数小

46、于1且约等于且约等于1；输出电阻小。；输出电阻小。(1-83) 场效应管放大电路 FET FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态分析1.1.直流偏置电路直流偏置电路 FETFET是电压控制器件，因此它需要有合适是电压控制器件，因此它需要有合适 的栅极电压。通常有以下两种偏置方式：的栅极电压。通常有以下两种偏置方式： a.a.自偏压电路；自偏压电路； b.b.分压器式自偏压电路。分压器式自偏压电路。 (1-84)(1)(1)自偏压电路自偏压电路 如图所示，考虑到如图所示，考虑到耗尽型耗尽型FETFET即使在即使在V VGSGS=0 =0 时，也有漏源电流流时，也有漏源电流流R R，而栅极是经电阻而栅极是经电阻R Rg g接地接地的，所以在静态时栅源的，所以在静态时栅源之间将有负栅压之间将有负栅压:V:VGS GS = = - - D D R R。电容。电容 C C对对 R R起旁起旁路作用，称为源极旁路路作用，称为源极旁路电容。电容。Cb10.01uFRg10MTR2KRd30KCb24.7uFC47uFVi+-Vo+-VDD18