场效应管放大电路(3).ppt

模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术SiO2N沟道增强型沟道增强型MOS管结构示意图及符号管结构示意图及符号5.1.2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(MOSFET)(MOSFET)P型硅衬底型硅衬底源极源极S栅极栅极G漏极漏极D 衬底引线衬底引线BN+N+DBSG符号符号1.结构和符号结构和符号一、一、N沟道增强型沟道增强型MOS管管四种类型：四种类型：N沟道增强型；沟道增强型；N沟道耗尽型；沟道耗尽型；P沟道增强型；沟道增强型；P沟道耗尽型。沟道耗尽型。图图5.1.61整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术SiO2图图5.1.7(a)工作原理图工作原理图P型硅衬底型硅衬底耗尽层耗尽层衬底引线衬底引线BN+N+SGDUDSID=0D与与S之间是两个之间是两个PN结反向串联，结反向串联，无论无论D与与S之间加之间加什么极性的电压，什么极性的电压，漏极电流均接近漏极电流均接近于零。于零。2.工作原理工作原理(1)(1)(1)(1)U UGSGS=0=02整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术P型硅衬底型硅衬底N+BSGD。耗尽层耗尽层ID=0(2)0(2)0 U UGSGS U U UGS(th)GS(th)N+N+UGS增强型增强型MOS管的管的iD与与uGS的的近似关系为：近似关系为：其中其中IDO是是uGS=2UGS(th)时的时的iD图图5.1.7(c)工作原理图工作原理图N型导电沟道4整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术4321051015UGS=5V6V4V3V2ViD/mAUDS=10V图图5.1.8 5.1.8 增强型增强型 NMOS 管的特性曲线管的特性曲线 0123恒流区恒流区击击穿穿区区可可变变电电阻阻区区246uGS/V3.特性曲线特性曲线UGs(th)输出特性输出特性转移特性转移特性 uDS/ViD/mA夹断区夹断区5整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术二、二、N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管P型硅衬底型硅衬底源极源极S漏极漏极D 栅极栅极G衬底引线衬底引线B耗尽层耗尽层1.结构特点和工作原理结构特点和工作原理N+N+正离子正离子N N型沟道型沟道SiO2DBSG符号符号图图5.1.9 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管结构示意图及符号结构示意图及符号6整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术432104812UGS=1V2V3V输出特性输出特性转移特性转移特性耗尽型耗尽型NMOS管的特性曲线管的特性曲线 1230V1012123 uGS/V2.特性曲线特性曲线 ID UGSUGs(off)uDS/VUDS=10ViD/mAiD/mA7整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术N型硅衬底型硅衬底N+BSGD。耗尽层耗尽层PMOS管结构示意图管结构示意图P沟道沟道三、三、P沟道绝缘栅场效应管（沟道绝缘栅场效应管（PMOS）PMOS管与管与NMOS管管互为对偶关系，使用互为对偶关系，使用时时UGS、UDS的极性的极性也与也与NMOS管相反。管相反。P+P+UGSUDSID8整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术1.1.P沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘栅场效应管开启电压开启电压UGS(th)为为负值，负值，UGS UGS(th)时导通。时导通。SGDB符号符号 iD/mAuGS /V0UGS(th)转移特性转移特性2.2.P沟道耗尽型绝缘栅场效应管沟道耗尽型绝缘栅场效应管DBSG符号符号 iD/mAuGS /V0UGS(off)转移特性转移特性夹断电压夹断电压UGS(off)为为正值，正值，UGS VT，否则工作在截止区，否则工作在截止区再假设工作在可变电阻区再假设工作在可变电阻区即即12整理课件假设工作在饱和区假设工作在饱和区满足满足假设成立，结果即为所求。假设成立，结果即为所求。解：解：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和漏源和漏源电压电压VDSQ。VDD=5V，VT=1V，13整理课件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）带源极电阻的）带源极电阻的NMOS共源极放大电路共源极放大电路饱和区饱和区需要验证是否满足需要验证是否满足14整理课件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（饱和区）（饱和区）15整理课件5.2.1 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相同载线与直流负载线相同 16整理课件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）模型静态值静态值（直流）（直流）动态值动态值（交流）（交流）非线性非线性失真项失真项 当当，vgs 2(2(VGSQ-VT)时，时，17整理课件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=0=0时时高频小信号模型高频小信号模型18整理课件3.小信号模型分析小信号模型分析解：例解：例5.2.25.2.2的直流分析已的直流分析已求得：求得：（2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.2.5）s19整理课件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（例（例5.2.5）s20整理课件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（例（例5.2.6）共漏共漏21整理课件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22整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术5.1.1 结型场效应管结型场效应管(Junction Field Effect Transistor)(Junction Field Effect Transistor)一、工作原理和结构一、工作原理和结构P+P+漏极漏极DID栅极栅极G源极源极SGSD1、结构：、结构：在在N型硅棒两端加上型硅棒两端加上一定极性的电压，多子在一定极性的电压，多子在电场力的作用下形成电流电场力的作用下形成电流ID。在。在N型硅棒两侧做成型硅棒两侧做成两个高浓度的两个高浓度的P+区，并将区，并将其连在一起，如图。若将其连在一起，如图。若将G、S间加上不同的反偏电间加上不同的反偏电压，即可改变导电沟道的压，即可改变导电沟道的宽度，便实现了利用电压宽度，便实现了利用电压所产生的电场控制导电沟所产生的电场控制导电沟道中电流强弱的目的。道中电流强弱的目的。N图图5.1.1 N沟道沟道结型场效应管的结构示意图结型场效应管的结构示意图结型场效应管的结构示意图结型场效应管的结构示意图23整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术2、工作原理、工作原理（1）D、S间短路，间短路，G、S间加反向电压间加反向电压P+P+DGSNUGS UGS 增大，耗尽层加宽，导电增大，耗尽层加宽，导电沟道变窄，电阻加大，当沟道变窄，电阻加大，当UGS加加大到一定值时，两侧的耗尽区几乎碰大到一定值时，两侧的耗尽区几乎碰上，导电沟道仿佛被夹断，上，导电沟道仿佛被夹断，D、S间电间电阻趋于无穷大。阻趋于无穷大。此时，此时，UGS=UGS(off)夹夹断电压断电压 当当 UGS UGS(off)后，耗后，耗尽区无明显变化，太大会出现击穿。尽区无明显变化，太大会出现击穿。由于由于PN结反偏，栅极电流基本为结反偏，栅极电流基本为0，消耗很小。一般不用正偏。，消耗很小。一般不用正偏。图图5.1.224整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术（2）G、S间短路，间短路，D、S间加正向电压间加正向电压P+P+DGSUDSR 随随UDS，ID 。由于电压降，靠近。由于电压降，靠近D极极U GD反压越高，耗尽层越宽，导电沟道越窄，反压越高，耗尽层越宽，导电沟道越窄，呈现楔型。呈现楔型。当当UDS=UGS(off),即即UGD =UGS(off)时，在漏极两侧的耗尽区开始合拢，称时，在漏极两侧的耗尽区开始合拢，称为为预夹断预夹断。UDS，预夹断预夹断区变长，区变长，UDS的增加部分的增加部分落在落在预夹断预夹断区，导电沟道内的区，导电沟道内的ID基本不变。基本不变。（3）G、S间加负电压，间加负电压，D、S间加正向电压间加正向电压P+P+UDSRUGS G、S的负电压使耗尽区变宽，导电沟的负电压使耗尽区变宽，导电沟道变窄；道变窄；D、S间的正电压使耗尽区和导间的正电压使耗尽区和导电沟道不等宽。电沟道不等宽。当当UGD=UGS-UDS=UGS(off)，即，即UDS=UGS-UGS(off)时时，发生预夹断，此后，发生预夹断，此后UDS，ID基本不变。基本不变。图图5.1.325整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术二、特性曲线及电流方程二、特性曲线及电流方程1、漏极特性曲线（输出特性曲线）、漏极特性曲线（输出特性曲线）4321048122V3V图图5.1.5 转移特性转移特性123UGS=0V1012123 uGS/V ID UGSUGs(off)uDS/VUDS=10ViD/mAiD/mA恒恒 流流 区区可变可变电阻区电阻区夹断区夹断区 UGS=常数常数iD =f (uDS)预夹断预夹断轨迹轨迹低频跨导：低频跨导：图图5.1.4 场效应管的输出特性场效应管的输出特性26整理课件5.3.2 FET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.FET小信号模型小信号模型（1）低频模型）低频模型27整理课件（2）高频模型）高频模型28整理课件2.动态指标分析动态指标分析（1 1）中频小信号模型）中频小信号模型29整理课件2.动态指标分析动态指标分析（2）中频电压增益）中频电压增益（3）输入电阻）输入电阻（4）输出电阻）输出电阻忽略忽略 rds，由输入输出回路得由输入输出回路得则则通常通常则则30整理课件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31整理课件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组态对应关系：组态对应关系：共射共射晶体管晶体管场效应管场效应管共源共源共集电极共集电极共漏共漏共基共基共栅共栅电压增益：电压增益：晶体管晶体管场效应管场效应管共射共射共集共集电极电极共基共基共源共源共漏共漏共栅共栅32整理课件输出电阻：输出电阻：输入电阻：输入电阻：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晶体管晶体管场效应管场效应管共射共射共集共集电极电极共基共基共源共源共漏共漏共栅共栅共射共射共集共集电极电极共基共基共源共源共漏共漏共栅共栅33整理课件 解：解：画中频小信号等效电路画中频小信号等效电路例题例题放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知 试求电路的中频试求电路的中频增益、输入电阻和输出电。增益、输入电阻和输出电。34整理课件例题例题则电压增益为：则电压增益为：由于由于则则根据电路有：根据电路有：35整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术36整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术37整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术38整理课件模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术39整理课件