第三章第三节场效应管

1、第三节第三节 场效应管应用场效应管应用一、有源电阻一、有源电阻 与普通的线性电阻不同，用三端器件构成的有源电阻，一般都是非线性的。 例如、有一三端器件（N沟道EMOS管），连接成二端有源电阻器，如图所示： iDSGDvDSR ivvvvGSDSiiD iDSGDvDS 根据电路可知： )(thGSGSDSVvv 当 时，EMOS管工作在饱和区 )(thGSGSVv则 2)()(2thGSGSoxnDVvlWCi即 2)()(2thGSoxnVvlWCiR iv根据此方程，可画出伏安特性曲线。 0 iDvGSQIDQVGSQ 根据伏安特性，可知有源电阻是非线性的，其阻值的大小是随Q点的变化而变化

2、的。有源电阻可被定义为： QDQGSQIVR 式中 VGSQ 、IDQ 均为直流分量，因此，R称为直流电阻。 QIDQVGSQ0 iDvGS若在直流量上叠加一很小的交流量，如图所示： QDGSIVr r 为有源电阻器的交流电阻，其阻值的大小是Q点处切线斜率的倒数。 vGS0 iDQIDQVGSQVGSID 例如、用N沟道DMOS管，将其栅极和源极相连而构成的有源电阻器。 SG DiD vDSiRvvvDSiiD根据电路有 由输出特性曲线得： 0GSv iD/mAVDS/VVGSQ=0Q0IDQVDSQIDVDSQDQDSQIVR QDDSIVr例一、如图所示，为有源电阻构成得分压器，已知：两管

3、工艺参数相同 即 相同， )(thGSoxnVC 、12)(475.05）（）、（、lWlWVVVVthGSDD 计算 V1 、V2 。 D2G1D1T2T1S1G2S2 VDD I2 I1V2V1解：根据电路可知，两管串联则有 21II21VVVDD 对T1管： 111GSDSVVV)(11thGSGSDSVVV对T2管： 222GSDSVVV)(22thGSGSDSVVV两管均工作在饱和区： 则有 2)(11111)(2thGSoxnDVVlWCII2)(22222)(2thGSoxnDVVlWCII2)(111)(2thGSoxnVVlWC2)(222)(2thGSoxnVVlWC2)(

4、111)(thGSVVlW2)(222)(thGSVVlW 因为 21VVVDD2)(22)(221)()()()(thGSDDthGSVVVVVlWlW经整理得：21)(1212)()()()()(lWlWVlWlWVlWVthGSDDD2G1D1T2T1S1G2S2 VDD I2 I1V2V1VVVVVDD92. 1375. 051275. 0) 12(VVVVVVDD1 . 392. 1521二、开关二、开关 1、工作原理： 开关是电子线路中的一个基本器件。它的作用是实现电路“通”与“断”。在模拟电路中，开关是用来控制模拟信号的传输，通常将这种开关称为模拟开关。用示意图表示： v3v2v

5、1 321“1” 为开关的输入端； “2”为开关的输出端； “3” 为开关的控制端 。（1）、在理想情况下： 设 v3 有两个电平（相对与地的电压），当 v3 为高电平时，开关“闭合”。闭合时，开关上的压降为零。即 Ron = 0 。 当 v3 为低电平时，开关“断开”。 断开时，流过开关的电流为零。即 Roff 开关在通断之间的切换是瞬时完成的。 伏安特性 v1-v2i0（2）、非理想的情况下： 实际应用中，是利用三端器件的可控开关特性来实现上述功能的。 例如、 用一个N沟道EMOS管作为模拟开关。设 EMOS 管的 VGS(th) =2V（其值不随vUS 而变化），vI 变化范围为 5V5

6、V。要是EMOS管可靠地通断，且保证导通时，管子必须工作在非饱和区。 VU=-5VbvOvIRLavG分析：要使EMOS管可靠地“通”与“断”，即 表现出可控的开关特性。则 EMOS管在“通”时，应该工作在非饱和区： )(thGSGSVv)(thGSGSDSVvvEMOS管在“断”时，应该工作在截止区： )(thGSGSVv由于vI 变化范围为 5V5V，则需要分为两种情况讨论。 解：对N沟道EMOS管来说：必须保证 VGS 0 、VDS 0 。 （1）、当 vI 0 时，可认为 a 为漏极、b 为源极。电路可等效为： vOvGvI 0aRLb iD在非饱和区理想状态，可认为VDS 0 所以

7、)(thGSSGGSVVVVVVVVVIabS5VVVVVVthGSSG725)(VU=-5VbvOvIRLavG（2）、当 vI 0 时，可认为 a 为源极，b 为漏极，电路可等效为： vOvGvI 7V、VG 0 时， 电路可等效为 ：-5VT2T1RL+5VbavGvOvI 0图（1）Gv如图（1）所示 a 点接：T1 管的漏极，T2 管的源极。 T2T1vGvOvIRLab-5V+5VGv-5VT2T1RL+5VbavGvOvI 0图（1）Gv b点接：T1 管的源极，T2 管的漏极。 若取， 时： VVVVGG55、T1 与T2 均截止，即开关断开。 （2）、当vI 0 时，电路可等

8、效为： -5VT2T1RL+5VbavGvOvI 0图（1）Gv-5VT2T1RL+5VbavGvOvI 0图（1）Gv-5VT2T1RL+5VbavGvOvI 0图（1）Gv-5VT2T1RL+5VbavGvOvI 0图（2）Gv当栅极控制电压取 时，开关断开； VVVVGG55、当栅极控制电压取 时，开关闭合。 VVVVGG55、Ron54321-1-5 -4 -3-2Ron1vI/V0Ron2三、应用举例三、应用举例例如、 一开关电容电路，如图所示： v2v1S2( )S1(v)Cv 电路中，S1 与 S2 为两只模拟开关，分别受v与 的控制。 vv与 称为时钟信号，是两个极性相反，周期

9、为T的方波电压。 vt0vTt0Tv设定、当时钟信号为高电平时，开关闭合。 当时钟信号为低电平时，开关断开。 设时钟信号的频率 远大于v1 、v2 的工作频率。 Tf1t0vTt0Tv 当时钟信号在前半个周期时： S1 闭合、S2 断开。 v2v1S2( )S1(v)Cv假如原先C上的电压为v2 ，则v1 通过S1 向C充电的电荷量： )(211vvCq当时钟信号在后半个周期时： t0vTt0TvS1 断开、S2 闭合。 v2v1S2( )S1(v)CvC上的电压通过S2 向输出端放电，并恢复到v2 ，C向输出端泄放的电荷量： )(212vvCq 显然，在一个周期内，将电荷从输入端转移到输出端的电荷量为：)(2121vvC