模拟电路选讲MOS.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第三章 场效应管放大器,绝缘栅场效应管,结型场效应管,3,.2 场效应管放大电路,效应管放大器的静态偏置,效应管放大器的交流小信号模型,效应管放大电路,3,.1 场效应管,3.1 场效应管,BJT,是一种电流控制元件(,i,B,i,C,)，,工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。,场效应管（,Field Effect Transistor,简称,FET）,是一种电压控制器件(,u,GS,i,D,)，,工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。,FET,因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。,FET,分类：,绝缘栅场效应管,结型场效应管,增强型,耗尽型,N,沟道,P,沟道,N,沟道,P,沟道,N,沟道,P,沟道,一.绝缘栅场效应管,绝缘栅型场效应管,(,Metal Oxide,Semiconductor FET)，,简称,MOSFET。,分为：,增强型,N,沟道、,P,沟道,耗尽型 ,N,沟道、,P,沟道,1.,N,沟道增强型,MOS,管,（1）,结构,4个电极：漏极,D，,源极,S，,栅极,G,和 衬底,B。,符号：,当,u,GS,0V,时纵向电场,将靠近栅极下方的空穴向下排斥耗尽层。,（2）工作原理,当,u,GS,=0V,时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在,d、s,之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。,再增加,u,GS,纵向电场,将,P,区少子电子聚集到,P,区表面形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流,i,d,。,栅源电压,u,GS,的控制作用,定义：,开启电压（,U,T,）,刚刚产生沟道所需的,栅源电压,U,GS,。,N,沟道增强型,MOS,管的基本特性：,u,GS,U,T,，,管子截止，,u,GS,U,T,，,管子导通。,u,GS,越大，沟道越宽，在相同的漏源电压,u,DS,作用下，漏极电流,I,D,越大。,转移特性曲线,：,i,D,=,f,(,u,GS,),u,DS,=const,可根据输出特性曲线作出,移特性曲线,。,例：作,u,DS,=10V,的一条,转移特性曲线：,U,T,一个重要参数跨导,g,m：,g,m,=,i,D,/,u,GS,u,DS,=const,(,单位,mS,),g,m,的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。,在转移特性曲线上，,g,m,为的曲线的斜率。,在输出特性曲线上也可求出,g,m,。,2.,N,沟道耗尽型,MOSFET,特点：,当,u,GS,=0,时，就有沟道，加入,u,DS,，,就有,i,D,。,当,u,GS,0,时，沟道增宽，,i,D,进一步增加。,当,u,GS,0,时，沟道变窄，,i,D,减小。,在栅极下方的,SiO,2,层中掺入了大量的金属正离子。所以当,u,GS,=0,时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。,定义：,夹断电压（,U,P,）,沟道刚刚消失所需的栅源电压,u,GS,。,3、,P,沟道耗尽型,MOSFET,P,沟道,MOSFET,的工作原理与,N,沟道,MOSFET,完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有,NPN,型和,PNP,型一样。,4.,MOS,管的主要参数,（,1）开启电压,U,T,（2）,夹断电压,U,P,（3）,跨导,g,m,：,g,m,=,i,D,/,u,GS,u,DS,=const,（4）,直流输入电阻,R,GS,栅源间的等效电阻。由于,MOS,管,栅源间有,sio,2,绝缘层，输入电阻可达10,9,10,15,。,二.结型场效应管,1.结型场效应管的结构（以,N,沟为例）：,两个,PN,结夹着一个,N,型沟道。三个电极：,g：,栅极,d：,漏极,s：,源极,符号：,N,沟道,P,沟道,2.结型场效应管的工作原理,（1）栅源电压对沟道的控制作用,在栅源间加负电压,u,GS,，,令,u,DS,=0,当,u,GS,=0,时，为平衡,PN,结，导电沟道最宽。,当,u,GS,时，,PN,结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。,当,u,GS,到一定值时，沟道会完全合拢。,定义：,夹断电压,U,P,使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压,u,GS,。,（2）漏源电压对沟道的控制作用,在漏源间加电压,u,DS,，,令,u,GS,=0,由于,u,GS,=0，,所以导电沟道最宽。,当,u,DS,=0,时，,i,D,=0。,u,DS,i,D,靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。,当,u,DS,，,使,u,GD,=,u,G,S,-,u,DS,=,U,P,时，在靠漏极处夹断预夹断。,预夹断前，,u,DS,i,D,。,预夹断后，,i,DS,i,D,几乎不变。,u,DS,再，预夹断点下移。,（3）栅源电压,u,GS,和漏源电压,u,DS,共同,作用,i,D,=,f,（,u,GS,、,u,DS,）,可用输两组特性曲线来描绘。,（1）输出特性曲线：,i,D,=,f,（,u,DS,）,u,GS,=,常数,3、结型场效应三极管的特性曲线,u,GS,=0V,u,GS,=-1V,设：,U,T,=,-3V,四个区：,恒流区的特点：,i,D,/,u,GS,=,g,m,常数,即：,i,D,=,g,m,u,GS,（,放大原理）,（,a）,可变电阻区（预夹断前）。,（,b）,恒流区也称饱和,区（预夹断 后）。,（,c）,夹断区（截止区）。,（,d）,击穿区。,可变电阻区,恒流区,截止区,击穿区,（2）转移特性曲线：,i,D,=,f,（,u,GS,）,u,DS,=,常数,可根据输出特性曲线作出,移特性曲线,。,例：作,u,DS,=10V,的一条,转移特性曲线：,4.场效应管的主要参数,(1),开启电压,U,T,U,T,是,MOS,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。,（2）夹断电压,U,P,U,P,是,MOS,耗尽型和结型,FET,的参数，当,u,GS,=,U,P,时,漏极电流为零。,（3）饱和漏极电流,I,DSS,MOS,耗尽型和结型,FET,当,u,GS,=0,时所对应的漏极电流。,（4）输入电阻,R,GS,结型场效应管，,R,GS,大于10,7,，MOS,场效应管,R,GS,可达10,9,10,15,。,（,5）,低频跨导,g,m,g,m,反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是,mS,(,毫西门子)。,（6）最大漏极功耗,P,DM,P,DM,=,U,DS,I,D,，,与双极型三极管的,P,CM,相当。,5.双极型和场效应型三极管的比较,双极型三极管,单极型场效应管,载流子,多子扩散少子漂移,少子漂移,输入量,电流输入,电压输入,控制,电流控制电流源,电压控制电流源,输入电阻,几十到几千欧,几兆欧以上,噪声,较大,较小,静电影响,不受静电影响,易受静电影响,制造工艺,不宜大规模集成,适宜大规模和超大规模集成,一.直流偏置电路,保证管子工作在饱和区，输出信号不失真,3.2,场效应管放大电路,1,.,自,偏压电路,U,GS,=-,I,D,R,注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。,计算,Q,点：,U,GS,、,I,D,、,U,DS,已知,U,P,，,由,U,GS,=,-,I,D,R,可解出,Q,点的,U,GS,、,I,D,U,DS,=,V,DD,-,I,D,(,R,d,+,R,),再求：,I,D,2.分压式自,偏压电路,可解出,Q,点的,U,GS,、,I,D,计算,Q,点：,已知,U,P,，,由,该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用于所有的场效应管电路。,U,DS,=,V,DD,-,I,D,(,R,d,+,R,),再求：,二.,场效应管的交流小信号模型,与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，在交流小信号情况下，也可以由它的线性等效电路,交流小信号模型来代替。,其中：,g,m,u,gs,是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。,称为低频跨导。,r,ds,为输出电阻，类似于双极型晶体管的,r,ce,。,三.场效应管,放大电路,1.,共源放大电路,分析：,（1）,画出共源放大电路的交流小信号等效电路。,（2）求电压放大倍数,（3）求输入电阻,（4）求输出电阻,则,（2）电压放大倍数,（3）输入电阻,得,分析：,（1）画,交流小信号等效电路。,由,2.,共漏放大电路,（4）输出电阻,所以,由图有,本章小结,1,FET,分为,JFET,和,MOSFET,两种，工作时只有一种载流子参与导电，因此称为单极性型晶体管。,FET,是一种压控电流型器件，改变其栅源电压就可以改变其漏极电流。,2,FET,放大器的偏置电路与,BJT,放大器不同，主要有自偏压式和分压式两种。,3,FET,放大电路也有三种组态：共源、共漏和共栅。,电路的动态分析需首先利用,FET,的交流模型建立电路的交流等效电路，然后再进行计算，求出电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等量。,