模拟电子技术0CH05

1、课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20081 15.1 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5.0 场效应管分类场效应管分类课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20082 2基本要求基本要求了解了解MOS 场效应管的工作原理、特性曲线及主要参数场效应管的工作原理、特性曲线及主要参数掌握用小信号模型

2、分析法分析掌握用小信号模型分析法分析MOSFET 放大电路的动放大电路的动态指标态指标了解双极型三极管（了解双极型三极管（BJT）和场效应管两种放大电路各）和场效应管两种放大电路各自的特点自的特点主要内容主要内容金属金属-氧化物氧化物-半导体（半导体（MOS）场效应管结构及工作原理）场效应管结构及工作原理MOSFET 放大电路放大电路课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20083 3三端放大器件三端放大器件双极结型三极管双极结型三极管BJT（Bipolar Junction Transistor)电流控制电流电流控制电流双极型器件，两种载流子参与导电双极型器件，两

3、种载流子参与导电场效应管场效应管 FET（Field Effect Transistor)电压控制电流电压控制电流单极型器件，仅多子导电单极型器件，仅多子导电同路控制器件同路控制器件旁路控制器件旁路控制器件本章节是对三端放大器件的总结复习本章节是对三端放大器件的总结复习课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20084 4耗尽型耗尽型（D型）型）P P沟道沟道（空穴型）（空穴型）P P沟道沟道增强型增强型（E型）型）N N沟道沟道（电子型）（电子型）N N沟道沟道FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)耗尽型耗尽型：场效应管没有

4、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：场效应管的分类：在VDS作用下无iDP P沟道沟道N N沟道沟道耗尽型耗尽型课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20085 5JFET (Junction FET）MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor)制造工艺简单制造工艺简单输入阻抗大（适合做电路的输入级）输入阻抗大（适合做电路的输入级）特点：特点：热稳定性好热稳定性好抗辐射能力强抗辐射能力强体积小体积小

5、重量轻重量轻耗电省耗电省寿命长寿命长噪声低噪声低容易击穿容易击穿放大倍数小放大倍数小课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20086 65.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管5.1.1 N沟道增强型MOSFET5.1.5 MOSFET的主要参数5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET5.1.3 P沟道MOSFET5.1.4 沟道长度调制效应课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20087 7主体结构主体结构- -衬底衬底5.1.1 N沟道增强型MOSFET1. 结构（N沟道为例）一块一块P型半导体薄片型半导体薄片参杂浓度较低参杂浓度较

6、低电阻率较高电阻率较高N N型区制作型区制作用光刻工艺扩散用光刻工艺扩散对称扩散两个对称扩散两个N区区高掺杂高掺杂N+在在N区以外三处生成区以外三处生成材料材料SiO2生成薄膜绝缘层生成薄膜绝缘层很薄很薄课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20088 8安置安置ALAL电极电极sd5.1.1 N沟道增强型MOSFET1. 结构（N沟道为例）中间二氧化硅表面中间二氧化硅表面构成栅极构成栅极g两边两边N区区构成漏极构成漏极d和源极和源极s在中间二氧化硅下在中间二氧化硅下两两N+区之间区之间沟道位置沟道位置g结构特点结构特点左右对称左右对称两个背靠背两个背靠背PN结结同

7、样有三个电极同样有三个电极课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20089 95.1.1 N沟道增强型MOSFET1. 结构（N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 0.510m0.550m40nm沟道参数：沟道参数：课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20081010课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200811115.1.1 N沟道增强型MOSFET1. 结构（N N沟道）沟道）符号符号D(Drain):D(Drain):漏极，漏极，

8、相当相当c c G(Gate):G(Gate):栅极，栅极， 相当相当b b S(Source):S(Source):源极，源极， 相当相当e eB(Substrate):B(Substrate):衬底衬底符号的断续代表无电连通符号的断续代表无电连通箭头向内代表箭头向内代表N沟道沟道课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200812125.1.1 N沟道增强型MOSFET2. 工作原理（1）vGS对沟道的控制作用当当vGSGS00时时 无导电沟道，无导电沟道， d d、s s间加电压时，无间加电压时，无电流产生。（此时电流产生。（此时P P沟道不能导电子流。）沟道不

9、能导电子流。）当当00vGS GS VVT T) )使二氧化硅极板下聚集电子使二氧化硅极板下聚集电子要点：要点：相当与在一个相当与在一个N N型半导体上加载电压当然会有电流通过。型半导体上加载电压当然会有电流通过。N N型沟道与两端型沟道与两端N N区连通区连通当两端当两端N N区加载电压时区加载电压时当当vGSGS电压电压VVT T时使二氧化硅极板下聚集电子形成一时使二氧化硅极板下聚集电子形成一个个N N型沟道。型沟道。课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20081515当当vGSGS越大，导电沟道越厚，电阻越小，同一越大，导电沟道越厚，电阻越小，同一DSDS电

10、电压下形成的电流越大。压下形成的电流越大。课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200816162. 工作原理（2）vDS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d端极板两端端极板两端电场强电场强度度(V(VGDGD) )减小减小当当vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T ）时，）时，但当但当vDSDS iD D vGDvGSGS一定在绝缘板下形成等一定在绝缘板下形成等厚度的沟道厚度的沟道d端附近的沟道厚度减少端附近的沟道厚度减少整个沟道呈整个沟道呈楔形分布楔形分布GSD课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzj

11、s20081717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vDS增加到使vGD=VT 时，在紧靠漏极处出现预夹断。2. 工作原理（2）vDS对沟道的控制作用在预夹断处：vGD=vGS-vDS =VTGSDSTvvV课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20081818预夹断后，vDS 夹断区延长沟道电阻 iD基本不变2. 工作原理（2）vDS对沟道的控制作用夹断后夹断后d处形成反偏处形成反偏PN结，结，P区参杂小，耗区参杂小，耗尽层小，所以维持较大的恒定漏电流。尽层小，所以维持较大的恒定漏电

12、流。V VGSGS-V-VT T是沟道裕量！是沟道裕量！- -大好大好 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200819192. 工作原理（3） vDS和vGS同时作用时 vDS一定，vGS变化时 给定一个vGS ，就有一条不同的 iD vDS 曲线。与与BJT不同有多条不同有多条曲线曲线-变阻变阻与与BJT输出曲线非常相似输出曲线非常相似课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20082020小结：小结：课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200821213. V-I 特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性

13、及大信号特性方程const.DSDGS)( vvfi特性曲线分三个区特性曲线分三个区沟道沟道夹断夹断截止区截止区无无-变阻区变阻区有有没夹断没夹断饱和区饱和区有有有夹断有夹断课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200822223. V-I 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const.DSDGS)( vvfi 截止区截止区当当vGSVT时，导电沟道尚时，导电沟道尚未形成，未形成，iD0，为截止工，为截止工作状态。作状态。课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200823233. V-I 特性曲线及大信号特性方程（1）

14、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 2vDS和和vGS都与都与iD成正比成正比常常数数 GSDDSdsoddvvirrdso是一个受是一个受vGS控制的可控制的可变电阻变电阻- -输出电阻输出电阻( (在可变在可变电阻电阻区）区） )(TGSnVK v21VT vGD两者共同两者共同拉升拉升id课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200824243. V-I 特性曲线及大信号特性方程

15、（1）输出特性及大信号特性方程 可变电阻区可变电阻区（参量的获取）（参量的获取） DSTGSnD )(vvVKi 2)(TGSndsoVKr v21 n ：反型层中电子迁移率：反型层中电子迁移率本征电导因子本征电导因子oxnnCK LWCLWKK22oxnnn其中其中Kn为电导常数，单位：为电导常数，单位：mA/VmA/V2 2C Cox ox ：栅极（与衬底间）氧化：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容层单位面积电容课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200825253. V-I 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 饱和区饱和区（恒流区又称放大

16、区）（恒流区又称放大区）vGS GS VT ，且，且vDSDS（v vGSGSVT）V-I 特性： )(22DSDSTGSnDvvv VKi且预夹断时：且预夹断时：vDS=（vGSVT）代入上式得：2)(TGSnDVKi v预夹断后预夹断后i iD D几乎不变几乎不变vGD VTiD和vDS无关无关FETFET的的“直流直流”沟道有且被夹断沟道有且被夹断因为此时因为此时iD不变不变课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200826263. V-I 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 饱和区饱和区（恒流区又称放大区）（恒流区又称放大区）2)(TGS

17、nDVKi v221)(TGSTn VVKv21)(TGSDO VIv2TnDOVKI 是是vGSGS2 2VT时的时的iD D课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200827273. V-I 特性曲线及大信号特性方程（2）转移特性const.GSDDS)( vvfi由于栅极输入无电流由于栅极输入无电流故无输入伏安特性故无输入伏安特性但有转移特性：但有转移特性：21)(TGSDOD VIiv也可由输出特性曲线图中得出也可由输出特性曲线图中得出转移特性可以由该公式得出转移特性可以由该公式得出表征输入电压对输出电流的控制：表征输入电压对输出电流的控制：课件下载：课件下

18、载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200828283. V-I 特性曲线及大信号特性方程（2）转移特性转移特性由该公式得出转移特性由该公式得出也可由输出特性曲线图中得出也可由输出特性曲线图中得出与与VDS无关的二次无关的二次曲线，线性较好曲线，线性较好BJT有转移特性吗？有转移特性吗？课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20082929GSDR R VTiDVT vGDVT =vGDVT vGD截止iD饱和vGS控制沟道的产生，沟道产生后控制控制沟道的产生，沟道产生后控制ID的大小的大小vDS产生产生ID电流，在可变电阻区控制电流，在可变电阻区控制

19、ID的大小，在饱和区几的大小，在饱和区几乎与乎与ID大小无关。大小无关。vDSDS（v vGSGSVT）vDS DS （v vGSGSVT）vDS DS = （v vGSGSVT）课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200830305.1.2 N沟道耗尽型MOSFET1. 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，而且基本上无栅流自然感应沟道，无需加偏置电压自然感应沟道，无需加偏置电压课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008

20、mndzjs20083131设此时电压为VP-夹断电压VGS上升，沟道加宽VGS下降，沟道变窄VGS下降为负，沟道继续变窄VGS下降为负到某值时，沟道夹断同样有截止，变阻和饱和三个区可以工作在VGS为负课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200832325.1.2 N沟道耗尽型MOSFET2. V-I 特性曲线及大信号特性方程 21)(PGSDSSDVIiv 21)(TGSDOD VIiv（N沟道增强型）比较vGS=VT输出特性上移，转移特性右移IDSS是是vGS=0时的时的iD值值IDSS饱和漏极电流饱和漏极电流课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs20

21、08mndzjs200833335.1.3 P沟道MOSFETP P沟道沟道MOSFETMOSFET也有增强型和耗尽型两种也有增强型和耗尽型两种符号的箭头方向朝外。符号的箭头方向朝外。电流电压方向按照电流电压方向按照电流从高电位流向电流从高电位流向低电位的原则标注低电位的原则标注V VT T为负为负V VP P为正为正iDiD低低低低更低更低更低更低更低更低更低更低课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20083434iDiD课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20083535横坐标下移横坐标下移纵坐标左移纵坐标左移课件下载：课件下载：

22、 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20083636全用反向全用反向课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200837372DpGSTDSDS2() iKvVvv DpGSTDS2() iK vVv GSDSdsoDddri 常数vvnGST12()KVvP沟道增强型MOSFET-3Vi iD D假设流入漏极假设流入漏极可变电阻可变电阻区区 vGS VT vDS（vGSVT）课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20083838饱和区饱和区 vGS VT vDS（vGSVT）2DpGST() =(1 GSDOTviKvVIV ）

23、p1W2pOXKCLP沟道增强型MOSFET-3VK KP P是是P P沟道器件的电导参数沟道器件的电导参数2=DOpTIK V课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200839395.1.4 沟道长度调制效应饱和区的曲线并不是平的饱和区的曲线并不是平的实际问题：实际问题：饱和区的饱和区的i iD D曲线随着曲线随着v vDSDS增大而增大而略有增大略有增大与沟道长度有关110.11 V V10LL引入沟道长度调制参数)()(DSTGSnDvv 12VKi修正后修正后L的单位为的单位为 m-沟道长度沟道长度表示表示i iD D仍受仍受v vDSDS的控制的控制课件下

24、载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200840405.1.4 沟道长度调制效应)()(DSTGSnDvv 12VKi)()(DSTGSDOvv 112VI曲线应该是一个直线110.11 V V10LL2GSDODST(1) (1)DiIVvv上式表示一个什么曲线？2GSDOT(1)IVv对确定的FET应该是一常数v vDSDS控制控制i iD D的特性分析：的特性分析：课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200841415.1.4 沟道长度调制效应当不考虑沟道调制效应时，当不考虑沟道调制效应时， 0 0，曲线是平坦的。，曲线是平坦的。 D

25、0i 时DS-1/v沟道越长，曲线越平曲线和vDS轴的交点2GSDODST(1) (1)DiIVvv应该和输出曲线是什么关系？部分重合部分重合放大倍数变小放大倍数变小Kn小课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200842425.1.5 MOSFET的主要参数一、直流参数一、直流参数NMOSNMOS增强型增强型考虑考虑沟道调制效应时沟道调制效应时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.

26、 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 rdsds GSDDSdsVir vD12TGSnds1)(iVKr v当不考虑沟道调制效应时，当不考虑沟道调制效应时， 0 0，rdsds GS0Dvi 时的饱和区曲线的斜率饱和区曲线的斜率 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200843435.1.5 MOSFET的主要参数DS GSDmVigv 2. 2. 低频互导低频互导g gm m 二、交流参数二、交流参数 表示栅源电压对漏源电流的控制能力表示栅源电压对漏源电流的

27、控制能力-放大能力放大能力转移特性上工作点的斜率转移特性上工作点的斜率单位：单位：mS（毫西），（毫西）， S （微西）（微西） 单位单位vGS产生的产生的iD大小大小 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200844445.1.5 MOSFET的主要参数DS GSDmVigv 2. 2. 低频互导低频互导g gm m 二、交流参数二、交流参数 考虑到考虑到 2TGSnD)(VKi v则则DSDSGS2TGSnGSDm)(VVVKigvvv )(2TGSnVK vnDTGS)(KiV vDn2iK LWCK 2oxnn其中其中等同于等同于BJTBJT的的g gm

28、m，与交流，与交流作用类似作用类似与与v vGSGS或或i iD D成正比成正比课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200845455.1.5 MOSFET的主要参数三、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 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200846465.2 MOSFET放大电路5.2.1 MOSFET放大电路1.

29、 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放大电路课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20084747同是三端放大器件，有类似的图解特性同是三端放大器件，有类似的图解特性MOSFET放大电路的分析方法：放大电路的分析方法：放大电路设计和分析方法与放大电路设计和分析方法与BJT一致一致合理的静态工作点合理的静态工作点Q微变等效电路求微变等效电路求AV、Ri、Ro图解法图解法本章是对三端放大器件分析方法的复习总结本章是对三端放大器件分析方法的复习总结课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndz

30、js200848485.2.1 MOSFET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）简单的共源极放大电路（N沟道）沟道）共源极放大电路直流通路课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200849495.2.1 MOSFET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）简单的共源极放大电路（N沟道）沟道）DDg2g1g2GSVRRRV 须满足须满足VGS VT ，否则工作在截止区，否则工作在截止区由于由于Ig=0，故：故：组态判断同组态判断同BJT是否：是否：)(TGSDSVVV 要求出要求出ID和和VDS只能试探只能试

31、探 是否：是否：)(TGSDSVVV 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200850505.2.1 MOSFET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）简单的共源极放大电路（N沟道）沟道）2)(TGSnDVVKI dDDDDSRIVV 假设工作在饱和区，即假设工作在饱和区，即)(TGSDSVVV 验证是否满足验证是否满足)(TGSDSVVV 如果不满足，则说明假设错误如果不满足，则说明假设错误再假设工作在可变电阻区再假设工作在可变电阻区)(TGSDSVVV 即即dDDDDSRIVV DSTGSnD )(vvVKI 2输出回路方程输出回

32、路方程课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20085151特性与BJT类似求解方法也类似饱和区饱和区可变电阻区可变电阻区)(TGSDSVVV )(TGSDSVVV 2)(TGSnDVVKI DSTGSnD )(vvVKI 2dDDDDSRIVV 输出回路方程输出回路方程课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20085252假设工作在饱和区假设工作在饱和区满足满足)(TGSDSVVV 假设成立，结果即为所求。假设成立，结果即为所求。解：V2V5406040 DDg2g1g2GSQ VRRRVmA2 . 0mA)12()2 . 0()(22

33、TGSnDQ VVKIV2V)152 . 05(dDDDDSQ RIVV例：设设Rg1=60k ，Rg2=40k ，Rd=15k ，220V/mA.n K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和漏源和漏源电压电压VDSQ 。VDD=5V， VT=1V，课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20085353N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管电路静态工作点的计算：管电路静态工作点的计算：1.1.假设假设MOSMOS管电路工作在饱和区：管电路工作在饱和区：则：则：GSQTVVDSQGSQT()VVV2.2.使用饱和区的电压使用饱和区的电压- -电流关

34、系曲线分析静态工作点：电流关系曲线分析静态工作点：DSQGSQT()VVV如果：如果：确实满足，电路工作在饱和区确实满足，电路工作在饱和区2DQnGST()IK VVDSTGSnD )(vvVKI 2DSQGSQT()VVV如果：如果：不满足不满足3.3.再使用可变电阻区的电压再使用可变电阻区的电压- -电流关系曲线分析静态工作点：电流关系曲线分析静态工作点：DSQGSQT()VVV电路应该满足电路应该满足工作在可变电阻区工作在可变电阻区则：则：课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200854545.2.1 MOSFET放大电路（2）带源极电阻的）带源极电阻的NM

35、OS共源极放大电路共源极放大电路2)(TGSnDVVKI 饱和区饱和区需要验证是否满足需要验证是否满足)(TGSDSVVV SGGSVVV )()(dDSSDDDSRRIVVV )(SSSSDDg2g1g2VVVRRR )(SSDVRI g2DDSSDg1g2()RVVI RRR课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200855552)(TGSnDVVKI 2GS0.50.5(1)VGS2V解：设解：设MOSMOS管工作于饱和区，则管工作于饱和区，则带入已知条件：带入已知条件：求出：求出：流过流过R Rg1g1、R Rg2g2的电流是的电流是I ID D的的1/10

36、1/10则：则：I I1 11/100.5/100.05DIImA121()5( 5)2000.05DDEEggVVRRKI g2g2DDSSDg1g2g1g2()100.50.5gsRRVVVI RVVRRRR课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20085656g2g2DDSSDg1g2g1g2()100.50.52gsRRVVVI RVVVRRRR12200ggRRKg2100.252200RVVVK得得245gRK1155gRK取标准阻值：取标准阻值：247gRK1150gRK验证是否在饱和区：验证是否在饱和区：DSDDSSDd()()100.5(100.5

37、)4.75VVVIRRVVV满足满足)(TGSDSVVV 4.75(21 )VVV课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20085757R R的作用与的作用与BJTBJT的的ReRe作用相同：作用相同：很多电路为了获得较大的源很多电路为了获得较大的源极电阻常用电流源代替：极电阻常用电流源代替：负电源的作用是补偿射极电阻或源极电阻上占用的压降：负电源的作用是补偿射极电阻或源极电阻上占用的压降：保证放大输出的动态范围保证放大输出的动态范围电流源具有较大的内阻，电流源具有较大的内阻，向电路提供有源负载向电路提供有源负载负反馈负反馈- -保证保证IDID电流的稳定。电流的稳

38、定。课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200858585.2.1 MOSFET放大电路1. 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 = VGS2TGSnD)(VVKI （饱和区）（饱和区） dDQDDDQVVR IDSQDQSVVVDSQGSQTVVV是否满足：求出：VGS课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20085959解：解：vi=0vg=0栅极无电流栅极无电流设设FETFET管工作与饱和区有：管工作与饱和区有：2DnT()GSQIK VV20.25

39、0.16(1)GSQV2.25GSQV2.25SGSQVV 求求VGSQ， VDSQ， Rd课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20086060满足满足DSQGSQT()VVV故假设成立，电路工作在饱和区中故假设成立，电路工作在饱和区中DSQDQSVVV2.5( 2.25)4.75VVV 由于由于4.75DSQVVGSQT()2.251.25VVVVdDQDDDQVVR IdDDDQDQVVRI52.5100.25KK 求完电路参数，一定要判断工作区域！求完电路参数，一定要判断工作区域！课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200861

40、615.2.1 MOSFET放大电路2. 图解分析GGTVV工作在饱和区工作在饱和区VDD足够大 RD的作用？没有RD 会怎么样？VDVDD=VDS输出是定值加RDdDDDDSRIVV 输出随ID变化而变RD将ID的变化转换成VDS的变化-即输出课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20086262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相同载线与直流负载线相同 设该放大系统工作在饱和区设该放大系统工作在饱和区直流负载方程：直流负载方程：dDDDDSRIVV 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20086363由于负载开

41、路，交流负由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同载线与直流负载线相同 设该放大系统工作在饱和区设该放大系统工作在饱和区直流负载方程：直流负载方程：dDDDDSRIVV ovivAv课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200864645.2.1 MOSFET放大电路3. 小信号模型分析（肯定工作在饱和区）2TGSnD)(VKi v2TgsGSQn)(VVK v2gsTGSQn)(v VVK2gsngsTGSQn2TGSQn)(2)(vvKVVKVVK （1）模型）模型DQI gsmvg 2gsnvK 静态值静态值（直流）（直流）动态值动态值（交流）（交流）非线性非

42、线性失真项失真项 当当，vgs 2( 2(VGSQ- - VT ) )时，时，DQDIi gsmvg dDQiI 高次项会增加高次项会增加新的频率分量新的频率分量交流和直流交流和直流量分开量分开由于有输入与输出量的关系式，可以此法求动态关系由于有输入与输出量的关系式，可以此法求动态关系课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200865655.2.1 MOSFET放大电路3. 小信号模型分析（1）模型）模型DQDIi gsmvg dDQiI gsmdvgi =0=0时时高频小信号模型高频小信号模型课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200

43、86666同样也可以用双端口的方法推导同样也可以用双端口的方法推导课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20086767解：解：先求静态工作点：先求静态工作点：2DQnGST()IKVv20.8 (2 1)0.8mAmADSQDDDQdVVIR(50.8 3.9)1.88VV1GSTDSVVVV确认工作于饱和区确认工作于饱和区nGST2()mgKVv2 0.8 (2 1)1.6mSmSD12TGSnds1)(iVKr v162.50.020.8KK 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20086868(/)om gsdsdvg vrRi

44、gsvv62.5 3.9(/)1.65.8762.53.9ovmdsdivAgrRv 由于由于g gm m小小FETFET管的管的A Av v小小共源极电路是反相放大共源极电路是反相放大负的放大倍数负的放大倍数课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200869693. 小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.2.5）s带源极电阻电路分析带源极电阻电路分析课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200870703. 小信号模型分析解：例解：例5.2.25.2.2的直流分析已的直流分析已求得：求得： mA5 . 0DQ IV2

45、GSQ VV75. 4DSQ VmS1 mS)12(5 . 02 )(2TGSQnm VVKg（2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.2.5）s课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200871713. 小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.2.5）dgsmoRg vv )1()(mgsgsmgsiRgRg vvvvRgRgAmdmio1 vvvg2g1i| RRR doRR siisiiososRRRAA vvvvvvvvs（除掉vgs）放大倍数在输入放大倍数在输入电阻上的分压电阻上的分压课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs200

46、8mndzjs20087272RgRgAmdmio1 vvv1 106.671 1 0.5 g2g1i| RRR g1g2g1g2150 4735.7915047RRKKRR od10RRKsiisiiososRRRAA vvvvvvvv35.796.67635.794 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200873733. 小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.2.6）共漏极电路分析共漏极电路分析课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200874743. 小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.

47、2.6）)|()|)(dsgsmgsdsgsmiorRgrRgAvvvvvv 1)|(1)|(dsmdsm rRgrRg)()|(1)|( siidsmdsmsiiososRRRrRgrRgA vvvvvvv共漏共漏注意共漏极时vGS的位置omgsdsv = (g v)(R/r)igsogsmgsdsv = vvvg v (R/r )共漏同共集共漏同共集 源极跟随器源极跟随器电压增益小于电压增益小于1 1近似等于近似等于1 1课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200875753. 小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析g2g1i| | RRR mdsmd

48、stto1| | 111grRgrRiR vom1Rgtgsvv tt tRrmgsmgsdsviiig vg vRrv!课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20087676课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20087777课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20087878课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20087979课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20088080课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs2

49、0088181课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20088282课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20088383课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20088484*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课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200885855.3 结型场效应管 5.3.1 JFET的结构和工作原理 5.3.2 JFET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 课件下载：课件下载： 密码：

50、密码：mndzjs2008mndzjs200886865.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理1. 结构 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200887872. 工作原理 vGSGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当vGSGS0 0时时（以（以N沟道沟道JFET为例）为例） 当沟道夹断时，对应的当沟道夹断时，对应的栅源电压栅源电压vGSGS称为称为夹断电压夹断电压V VP P （ 或或V VGS(off) GS(off) ）。）。对于对于N N沟道的沟道的JFETJFET，V VP P 0 0。PNPN结反偏结反偏耗尽层加厚耗尽层加厚沟道变窄。沟道

51、变窄。 vGSGS继续减小，沟道继续减小，沟道继续变窄。继续变窄。vGSGS0V-1V-2V-3VV VP P课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200888882. 工作原理（以（以N沟道沟道JFET为例）为例） vDS对沟道的控制作用当当vGS=0时，时， vDS iD g g、d d间间PNPN结的反向电压结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。下呈楔形分布。当当v vDSDS增加到使增加到使v vGDGD= =V VP P 时，在紧时，在紧靠漏极处出现预夹断。靠漏极处出现预夹

52、断。此时此时v vDS DS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 i iD D基本不变基本不变课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200889892. 工作原理（以（以N沟道沟道JFET为例）为例） vDS对沟道的控制作用当当v vGSGS=0=0时，时， vDS iD g g、d d间间PNPN结的反向电压结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。下呈楔形分布。 当当v vDSDS增加到使增加到使v vGDGD= =V VP P 时，时，在紧靠漏极处出现预夹断。在紧靠漏极处出现预夹

53、断。此时此时v vDS DS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 i iD D基本不变基本不变课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200890902. 工作原理（以（以N沟道沟道JFET为例）为例） vGS和vDS同时作用时当当V VP P vvGSGS0 0 时，导电沟道更容易夹断，时，导电沟道更容易夹断，对于同样的对于同样的v vDS DS ， i iD D的值比的值比v vGSGS=0=0时的值要小。时的值要小。在预夹断处在预夹断处v vGDGD= =v vGSGS- -v vDS DS = =V VP P 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2

54、008mndzjs20089191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以场效应管也称为单极型三极管。 JFETJFET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，i iD D受受v vGSGS控制。控制。 预夹断前预夹断前i iD D与与v vDSDS呈呈近似线性关系；预夹断后，近似线性关系；预夹断后，i iD D趋于趋于饱和。饱和。 JFETJFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PNPN结是反向偏置的，因此结是反向偏置的，因此i iG G 0 0，输入电阻很高。输入电阻很高。课件下载：课件下载： 密码：密码：

55、mndzjs2008mndzjs200892925.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数const.DSDGS)( vvfi2. 转移特性 const.GSDDS)( vvfi1. 输出特性 2PGSDSSD)1(VIiv (VPvGS0)课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20089393与与MOSFET类似类似3. 主要参数5.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200894945.3.3 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1. JFET小信号模

56、型（1）低频模型）低频模型课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20089595（2）高频模型）高频模型课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200896962. 动态指标分析（1 1）中频小信号模型）中频小信号模型课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200897972. 动态指标分析（2 2）中频电压增益）中频电压增益（3 3）输入电阻）输入电阻（4 4）输出电阻）输出电阻忽略忽略 r rds ds ， ivgsvRggsmv )1(mgsRg v ovdgsmRg v mvARgRgmdm1 |iiRR 由输入输出回路得由输入输出回路得则则giiiRv )|(g2g1g3RRR )|()1(g2g1g3mgsgsRRRRgrr 通常通常则则)|(g2g1g3iRRRR doRR Rgrr)1(mgsgs gsgsgsmgsgsgs)(rRgrvv