场效应管放大电路55

1、5.1 金属金属- -氧化物氧化物- -半导体（半导体（MOS）场效应管）场效应管5.3 结型场效应管（结型场效应管（JFET）*5.4 砷化镓金属砷化镓金属- -半导体场效应管半导体场效应管5.5 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较5.2 MOSFET放大电路放大电路5.1 金属金属-氧化物氧化物-半导体（半导体（MOS）场效应管）场效应管5.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET5.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET5.1.3 P沟道沟道MOSFET5.1.4 沟道长度调制效应沟道长度调制效应P沟道耗尽型P沟道P沟道N沟

2、道增强型N沟道N沟道（耗尽型）FET场效应管JFET(结型)MOSFET(绝缘栅型)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，没有导电沟道场效应管的分类参见场效应管的分类参见P1995.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET1. 结构结构（N沟道）沟道）L ：沟道长度：沟道长度W ：沟道宽度：沟道宽度tox ：绝缘层厚度：绝缘层厚度通常通常 W L 5.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET剖面图剖面图1. 结构结构（N沟道）沟道）符号符号5.1.1

3、 N沟道增强型沟道增强型MOSFET2. 工作原理工作原理（1）vGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当vGSGS=0=0时时 无导电沟道，无导电沟道， d、s间加电压时，无论间加电压时，无论极性如何，也无电流产生。极性如何，也无电流产生。当当vGSGSV VT T 时时 在电场作用下产生导电（感生）沟道，在电场作用下产生导电（感生）沟道，d、s间加间加电压后，将有电流产生，电压后，将有电流产生，vGSGS越大，导电沟道越厚。越大，导电沟道越厚。(动画动画2-4）2. 工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用靠近漏极靠近漏极d d处的电位升高处的电位升高电场强度减小电场强

4、度减小沟道变薄沟道变薄当当vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T ）时，）时，在电场作用下产生导电（感生）沟道， d、s间加电压后，将有电流产生iD 。vDSDS iD D 沟道电位梯度沟道电位梯度 整个沟道呈整个沟道呈楔形分布楔形分布 当当vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T ）时，）时，vDSDS iD D 沟道电位梯度沟道电位梯度 当当vDSDS增加到使增加到使vGDGD= =V VT T 时，在紧靠漏时，在紧靠漏极处出现预夹断。极处出现预夹断。2. 工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用在预夹断处：在预夹断处：vGDGD= =vGSGS- -

5、vDS DS = =V VT T预夹断后，预夹断后，vDSDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 iD D基本不变基本不变2. 工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用(动画2-5)2. 工作原理工作原理（3） vDS和和vGS同时作用时同时作用时vDSDS一定，一定，vGSGS变化时变化时给定一个给定一个vGS GS ，就有一条不同的，就有一条不同的 iD D vDS DS 曲曲线。线。3. V-I 特性曲线及大信号特性方程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）输出特性及大信号特性方程 截止区截止区当当vGSVT时，导电沟道尚未形成，时，导电沟道尚未

6、形成，iD0，为截止工作状态。，为截止工作状态。3. V-I 特性曲线及大信号特性方程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）输出特性及大信号特性方程const.DSDGS)( vvfi 可变电阻区可变电阻区 vDS（vGSVT） )(22DSDSTGSnDvvv VKi由于由于vDS较小，可近似为较小，可近似为DSTGSnD )(vvVKi 2常常数数 GSDDSdsoddvvir)(TGSnVK v21rdso是一个受是一个受vGS控制的可变电阻控制的可变电阻 3. V-I 特性曲线及大信号特性方程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）输出特性及大信号特性

7、方程Kn为电导常数，单位：为电导常数，单位：mA/VmA/V2 2P2033. V-I 特性曲线及大信号特性方程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）输出特性及大信号特性方程 饱和区饱和区（恒流区又称放大区）（恒流区又称放大区）vGS GS VT ，且，且vDSDS（v vGSGSVT）2TnDOVKI 是是vGSGS2 2VT时的时的iD D V V- -I I 特性：特性：3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（2）转移特性）转移特性P2045.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET1. 结构和工作原理简述结构和工作原理简述（N沟道）沟道）二氧

8、化硅绝缘层中掺有大量的正离子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，而且基本上无栅流可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流. .5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET2.V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程参见参见P206 21)(TGSDOD VIiv（N N沟道增强型）沟道增强型）（N沟道耗尽型）5.1.3 P沟道沟道MOSFETP参见参见2065.1.4 沟道长度调制效应沟道长度调制效应P207实际上饱和区的曲线并不是平坦的实际上饱和区的曲线并不是平坦的L的单位为的单位为 m当不考虑沟道调制效应时，当不考虑沟道调制效应时， 0

9、0，曲线是平坦的。，曲线是平坦的。 修正后修正后5.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数P208一、直流参数一、直流参数NMOSNMOS增强型增强型: :1. 1. 开启电压开启电压V VT T （增强型参数）（增强型参数）2. 2. 夹断电压夹断电压V VP P （耗尽型参数）（耗尽型参数）3. 3. 饱和漏电流饱和漏电流I IDSSDSS （耗尽型参数）（耗尽型参数）4. 4. 直流输入电阻直流输入电阻R RGSGS （10109 910101515 ）二、交流参数二、交流参数 1. 1. 输出电阻输出电阻r rds:ds: 当不考虑沟道调制效应时，当不考虑沟道调制效应时， 0 0，r

10、dsds 5.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数二、交流参数二、交流参数 5.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数end三、极限参数三、极限参数 1. 1. 最大漏极电流最大漏极电流I IDMDM 2. 2. 最大耗散功率最大耗散功率P PDMDM 3. 3. 最大漏源电压最大漏源电压V V（BRBR）DSDS 4. 4. 最大栅源电压最大栅源电压V V（BRBR）GSGS 5.2 MOSFET放大电路放大电路5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算2. 图解分析图解分析3. 小信号模型分析小信号模型分析*5.2.2 带带PM

11、OS负载的负载的NMOS放大电路放大电路5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算（1）简单的共源极放大电路）简单的共源极放大电路（N沟道）沟道）共源极放大电路共源极放大电路直流通路直流通路5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算（1）简单的共源极放大电路）简单的共源极放大电路（N沟道）沟道）假设成立，结果即为所求。假设成立，结果即为所求。例：例： 设设Rg1=60k ，Rg2=40k ，Rd=15k ，试计算电路的静态漏极电流试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源电压和漏源电压VD

12、SQ 。VDD=5V， VT=1V，5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算（2）带源极电阻）带源极电阻R的的NMOS共源极放大电路共源极放大电路5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算静态时，静态时，vI0 0，VG 0 0，ID I电流源偏置电流源偏置 VS VG VGS 3、电流源偏置VDSQ VDQ VS 5.2.1 MOSFET放大电路放大电路2. 图解分析参见图解分析参见P215 注意：注意：由于负载开路，交流负载由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同，所以用线与直

13、流负载线相同，所以用直流负载线代替交流负载线5.2.1 MOSFET放大电路放大电路3. 小信号模型分析小信号模型分析（1）模型）模型5.2.1 MOSFET放大电路放大电路3. 小信号模型分析小信号模型分析（1）模型）模型DQDIi gsmvg dDQiI gsmdvgi =0=0时低频小信号模型时低频小信号模型0 0时时低频小信号模型高频小信号模型高频小信号模型参见P2173. 小信号模型分析小信号模型分析解：例解：例5.2.25.2.2的直流分析已求得：的直流分析已求得： （2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.2.5）s3. 小信号模型分析小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路

14、分析（例（例5.2.5）s3. 小信号模型分析小信号模型分析（2）放大电路分析（例）放大电路分析（例5.2.6）共漏放大电路共漏放大电路参见P219解：3. 小信号模型分析小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析 P220*5.2.2 带带PMOS负载的负载的NMOS放大电路放大电路本小节不作教学要求，有兴趣者自学本小节不作教学要求，有兴趣者自学end5.3 结型场效应管结型场效应管 5.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 5.3.3 JFET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法 5.3.1 JFET的结

15、构和工作原理的结构和工作原理1. 结构结构 (动画动画2-8）2. 工作原理工作原理 vGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当vGS0时（以（以N沟道沟道JFET为例）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，VP 0。PN结反偏耗尽层加厚沟道变窄。 vGS继续减小，沟道继续变窄。2. 工作原理工作原理（以（以N沟道沟道JFET为例）为例） vDS对沟道的控制作用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2. 工作原理工作原理（以（以N沟道沟道JFET为例）为例） vGS和和vDS同时作用时同时作用时当VP vGS VT ，且，且vDSDS（v vGSGSVT）2TnDOVKI 是是vGSGS2 2VT时的时的iD D V V- -I I 特性：特性：5