第4讲MOS管放大电路 ppt课件

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P沟道沟道耗尽型耗尽型P沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道加强型加强型N沟道沟道N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)场效应管的分类：场效应管的分类：( (电场效应，单极性管，电压控制电流电场效应，单极性管，电压控制电流) )加强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道加强型：场效

2、应管没有加偏置电压时，没有导电沟道耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在N沟道沟道P沟道沟道耗尽型耗尽型场效应管的符号场效应管的符号N沟道沟道MOSFET耗尽型耗尽型加强型加强型P沟道沟道MOSFETN沟道沟道JFETP沟道沟道JFETN沟道加强型沟道加强型MOSFET任务原理任务原理1vGS对沟道的控制造用对沟道的控制造用当当vGS0vGS0时时 无导电沟道，无导电沟道， d、s间加电压时，也间加电压时，也无电流产生。无电流产生。当当0vGS VT 0vGS VT vGS VT 时，时，vDSID沟道电位梯度整个沟道呈楔形分布整个

3、沟道呈楔形分布当当vGSvGS一定一定vGS VT vGS VT 时，时，vDSID沟道电位梯度 当当vDSvDS添加到使添加到使vGD=VT vGD=VT 时，时，在紧靠漏极处出现预夹断。在紧靠漏极处出现预夹断。2. 任务原理任务原理2vDS对沟道的控制造用对沟道的控制造用在预夹断处：在预夹断处：vGD=vGS-vDS =VTvGD=vGS-vDS =VT预夹断后，预夹断后，vDSvDS夹断区延伸沟道电阻 ID根本不变2. 任务原理任务原理2vDS对沟道的控制造用对沟道的控制造用2. 任务原理任务原理3 vDS和和vGS同时作用时同时作用时 vDS vDS一定，一定，vGSvGS变化时变化时

4、 给定一个给定一个vGS vGS ，就有一条不，就有一条不同的同的 iD iD vDS vDS 曲线。曲线。const.DSDGS)( vvfi3. V-I 特性曲线及大信号特性方特性曲线及大信号特性方程程 截止区截止区当当vGSVT时，导电沟道时，导电沟道尚未构成，尚未构成，iD0，为截止，为截止任务形状。任务形状。const.DSDGS)( vvfi 可变电阻区可变电阻区 vDSvGSVT 饱和区饱和区恒流区又称放大区恒流区又称放大区vGS VT ，且，且vDSvGSVT3. 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 )(

5、DSDSTGSnD22vvv VKi 可变电阻区可变电阻区 vDSvGSVTDSTGSnD )(vvVKi 2由于由于vDS较小，可近似为较小，可近似为常常数数 GSDDSdsovvdidr)(TGSnVK v21)(TGSndsoVKr v21rdso是一个受是一个受vGS控制的可变电控制的可变电阻阻 const.DSDGS)( vvfi3. 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 可变电阻区可变电阻区 常常数数 GSDDSdsovvdidroxnnC K n n ：反型层中电子迁移率：反型层中电子迁移率Cox Cox ：栅

6、极与衬底间氧：栅极与衬底间氧化层单位面积电容化层单位面积电容本征电导因子本征电导因子 LWLWKK22oxnnnC 2)(TGSnDVKi v其中其中Kn为电导常数，单位：为电导常数，单位：mA/V2const.DSDGS)( vvfi3. 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 VT ，且，且vDSvGSVT221 )(TGSTn VVKv21)(TGSDO VIv2TnDOVKI const.GSDDS)( vvfi是是vGSvGS2VT2VT时的时的iD iD V-I

7、V-I 特性：特性：const.DSDGS)( vvfiDSTGSnD )(vvVKi 23. 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21 )(TGSDOD VIivconst.DSDGS)( vvficonst.DSDGS)( vvfi5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET1. 构造和任务原理构造和任务原理N沟道沟道二氧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任务，而且根本上无栅流可以在正或负的栅源电压下任务，而且根本上无栅流5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET1. 构造和任务原理构造和任务原

8、理N沟道沟道当当vGS0vGS0时时 由于绝缘层的存在，并不会由于绝缘层的存在，并不会产生栅极电流，而是在沟道中感产生栅极电流，而是在沟道中感应出更多的负电荷，使沟道变宽。应出更多的负电荷，使沟道变宽。在在vDS的作用下，的作用下，iD将有更大的数将有更大的数值。值。 沟道变窄，从而使漏极电流减小。当沟道变窄，从而使漏极电流减小。当vGS为负电压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，即使有夹断，即使有vDS ，也不会有漏极电流，也不会有漏极电流iD ，此时的栅，此时的栅源电压称为夹断电压源电压称为夹断电压VP 。当当vGS 0

9、 vGS VT ，否那么任务在截止，否那么任务在截止区区再假设任务在可变电阻区再假设任务在可变电阻区dDDDDSRIVV 即即DSTGSnD 2VV)(VKI V2V5406040 DDg2g1g2GSQ VRRRV假设任务在饱和区假设任务在饱和区满足满足)(TGSDSVVV 假设成立，结果即为所求。假设成立，结果即为所求。解：解：mA2 . 0mA) 12)(2 . 0 ()(22TGSnDQ VVKIV2V)15)(2 . 0(5dDDDDSQ RIVV220V/mA.n K例：例：设设Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k，SGGSVVV 试计算电路的静态漏极电流试计算电路的静态漏

10、极电流IDQIDQ和漏源和漏源电压电压VDSQ VDSQ 。VDD=5V， VT=1V，5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流偏置及静态任务点的计算直流偏置及静态任务点的计算2带源极电阻的带源极电阻的NMOS共源极放大电路共源极放大电路dDDDDSRIVV 饱和区饱和区需求验证能否满足需求验证能否满足)(TGSDSVVV )(2dDDDDSRRIVV )(SSSSDDg2g1g2VVVRRR )(SSDVRI 2TGSnD)( VVKI 5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流偏置及静态任务点的计算直流偏置及静态任务点的计算静态时，静态时，vI0，VG 0，ID I电流源

11、偏置电流源偏置 VDS VDD IDRd VS饱和区饱和区 VS VG VGS VGS5.2.1 MOSFET放大电路放大电路2. 图解分析图解分析由于负载开路，交流负由于负载开路，交流负载线与直流负载线一样载线与直流负载线一样 DQDIi 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gsmvg dDQiI gsmdvgi =0=0时时高频小信号模型高频小信号模型2nTGSQn2TGSQn2TGSQnD2gsgsgsv KvVVKVVKVvVKi )()()(0时时dDDDDSRIVV mA5.0DQ I忽略忽略3. 小信号模型分析小信号模型分析解：例解

12、：例5.2.25.2.2的直流分析已的直流分析已求得：求得： V2GSQ VV75. 4DSQ VV/mA1 V/mA)12(5.02 )(2TGSQnm VVKg2放大电路分析例放大电路分析例5.2.52TGSnD)( VVKI dgsmoRgvv 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5.2.5)1 ()(mgsgsmgsiRgRg vvvvRgRgAmdmio1 vvvg2g1i/RRR doRR SiiSiioSosRRRAA vvvvvvvv)/()/)(dsgsmgsdsgsmiorRgrRgAvvvvvv dgsmoRgvv s增益较低增益较低很高很高3. 小信号模型分析小信号模型分析2放大电路分析例放