電子技術(shù)基礎(chǔ)(第六版)模擬部分ch04資料課件

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分（第六版）《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分（第六版）電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分1緒論2運(yùn)算放大器3二極管及其基本電路4場(chǎng)效應(yīng)三極管及其放大電路5雙極結(jié)型三極管及其放大電路6頻率響應(yīng)7模擬集成電路8反饋放大電路9功率放大電路10信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路11直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分1緒論4場(chǎng)效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3圖解分析法4.4小信號(hào)模型分析法4.5共漏極和共柵極放大電路4.6集成電路單級(jí)MOSFET放大電路4.7多級(jí)放大電路4.8結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）及其放大電路*4.9砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管4.10各種FET的特性及使用注意事項(xiàng)4場(chǎng)效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MO場(chǎng)效應(yīng)管的分類：P溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強(qiáng)型N溝道N溝道（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)耗盡型：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在增強(qiáng)型：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道場(chǎng)效應(yīng)管的分類：P溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強(qiáng)型N溝道N4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)三極管4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET4.1.2N溝道耗盡型MOSFET4.1.3P溝道MOSFET4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)4.1.5MOSFET的主要參數(shù)4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)三極管4.1.4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)L：溝道長(zhǎng)度W：溝道寬度tox

：絕緣層厚度通常W>L4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)L：溝道長(zhǎng)4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖符號(hào)1.結(jié)構(gòu)4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖符號(hào)1.結(jié)構(gòu)4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（1）VGS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)VGS≤0時(shí)

無(wú)導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓時(shí)，也無(wú)電流產(chǎn)生。當(dāng)0

<VGS<VTN時(shí)

產(chǎn)生電場(chǎng)，但未形成導(dǎo)電溝道（反型層），d、s間加電壓后，沒(méi)有電流產(chǎn)生。2.工作原理4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（1）VGS對(duì)溝道的控4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET當(dāng)VGS>VTN時(shí)

在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓后，將有電流產(chǎn)生。

VGS越大，導(dǎo)電溝道越厚VTN稱為N溝道增強(qiáng)型MOSFET開(kāi)啟電壓（1）VGS對(duì)溝道的控制作用2.工作原理

必須依靠柵極外加電壓才能產(chǎn)生反型層的MOSFET稱為增強(qiáng)型器件4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET當(dāng)VGS>VTN時(shí)2.工作原理（2）VDS對(duì)溝道的控制作用靠近漏極d處的電位升高電場(chǎng)強(qiáng)度減小溝道變薄當(dāng)VGS一定（VGS>VTN）時(shí)，VDSID溝道電位梯度整個(gè)溝道呈楔形分布2.工作原理（2）VDS對(duì)溝道的控制作用靠近漏極d處的電

當(dāng)VDS增加到使VGD=VTN時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。在預(yù)夾斷處：VGD=VGS-VDS=VTN（2）VDS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)VGS一定（VGS>VTN）時(shí)，VDSID溝道電位梯度2.工作原理當(dāng)VDS增加到使VGD=VTN時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷后，VDS夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻ID基本不變（2）VDS對(duì)溝道的控制作用2.工作原理預(yù)夾斷后，VDS夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻ID基本不變（2（3）VDS和VGS同時(shí)作用時(shí)

VDS一定，VGS變化時(shí)

給定一個(gè)vGS，就有一條不同的iD–

vDS曲線。2.工作原理（3）VDS和VGS同時(shí)作用時(shí)VDS一定，VGS變化時(shí)以上分析可知溝道中只有一種類型的載流子參與導(dǎo)電，所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱為單極型三極管。MOSFET是電壓控制電流器件（VCCS），iD受vGS控制。預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。MOSFET的柵極是絕緣的，所以iG0，輸入電阻很高。只有當(dāng)vGS>VTN時(shí)，增強(qiáng)型MOSFET的d、s間才能導(dǎo)通。以上分析可知溝道中只有一種類型的載流子參與導(dǎo)電，所以場(chǎng)效應(yīng)管3.I-V

特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程①截止區(qū)當(dāng)vGS＜VTN時(shí)，導(dǎo)電溝道尚未形成，iD＝0，為截止工作狀態(tài)。3.I-V特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)②可變電阻區(qū)

vDS<（vGS－VTN）由于vDS較小，可近似為rdso是一個(gè)受vGS控制的可變電阻（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程3.I-V

特性曲線及大信號(hào)特性方程②可變電阻區(qū)由于vDS較小，可近似為rdso是一個(gè)受vGS②可變電阻區(qū)

n：反型層中電子遷移率Cox：柵極（與襯底間）氧化層單位面積電容本征電導(dǎo)因子其中Kn為電導(dǎo)常數(shù)，單位：mA/V2（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程3.I-V

特性曲線及大信號(hào)特性方程②可變電阻區(qū)n：反型層中電子遷移率本征電導(dǎo)③飽和區(qū)（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）vGS>VTN

，且vDS≥（vGS－VTN）是vGS＝2VTN時(shí)的iDI-V特性：（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程

必須讓FET工作在飽和區(qū)（放大區(qū)）才有放大作用。3.I-V

特性曲線及大信號(hào)特性方程③飽和區(qū)vGS>VTN，且vDS≥（vGS－VTN）是（2）轉(zhuǎn)移特性#

為什么不談?shì)斎胩匦?？ABCD在飽和區(qū)，iD受vGS控制3.I-V

特性曲線及大信號(hào)特性方程（2）轉(zhuǎn)移特性#為什么不談?shì)斎胩匦?？ABCD在飽和區(qū)，iD4.1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子，已存在導(dǎo)電溝道可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無(wú)柵流4.1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理二4.1.2N溝道耗盡型MOSFET（N溝道增強(qiáng)型）IDSS

2.I-V

特性曲線及大信號(hào)特性方程4.1.2N溝道耗盡型MOSFET（N溝道增強(qiáng)型）IDS4.1.3P溝道MOSFET#

襯底是什么類型的半導(dǎo)體材料？#

哪個(gè)符號(hào)是增強(qiáng)型的？#

在增強(qiáng)型的P溝道MOSFET中，vGS應(yīng)加什么極性的電壓才能工作在飽和區(qū)（線性放大區(qū)）？4.1.3P溝道MOSFET#襯底是什么類型的半導(dǎo)體材4.1.3P溝道MOSFET#

是增強(qiáng)型還是耗盡型特性曲線？#

耗盡型特性曲線是怎樣的？vGS加什么極性的電壓能使管子工作在飽和區(qū)（線性放大區(qū)）？電流均以流入漏極的方向?yàn)檎?.1.3P溝道MOSFET#是增強(qiáng)型還是耗盡型特性曲4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)實(shí)際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的（N溝道為例）L的單位為m當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，＝0，曲線是平坦的。

修正后VA稱為厄雷（Early）電壓1.溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)實(shí)際上飽和區(qū)的曲線并不是4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)

襯底未與源極并接時(shí)，襯底與源極間的偏壓vBS將影響實(shí)際的開(kāi)啟（夾斷）電壓和轉(zhuǎn)移特性。VTNO表示vBS

=0時(shí)的開(kāi)啟電壓2.襯底調(diào)制效應(yīng)（體效應(yīng)）N溝道增強(qiáng)型對(duì)耗盡型器件的夾斷電壓有類似的影響4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)襯底未與源極并接4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)2.襯底調(diào)制效應(yīng)（體效應(yīng)）

通常，N溝道器件的襯底接電路的最低電位，P溝道器件的襯底接電路的最高電位。

為保證導(dǎo)電溝道與襯底之間的PN結(jié)反偏，要求：

N溝道:vBS0P溝道:vBS04.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)2.襯底調(diào)制效應(yīng)（體效4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)3.溫度效應(yīng)VTN和電導(dǎo)常數(shù)Kn隨溫度升高而下降，且Kn受溫度的影響大于VTN受溫度的影響。

當(dāng)溫度升高時(shí)，對(duì)于給定的VGS，總的效果是漏極電流減小。可變電阻區(qū)

飽和區(qū)4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)3.溫度效應(yīng)4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)4.擊穿效應(yīng)（1）漏襯擊穿外加的漏源電壓過(guò)高，將導(dǎo)致漏極到襯底的PN結(jié)擊穿。

若絕緣層厚度tox=50納米時(shí)，只要約30V的柵極電壓就可將絕緣層擊穿，若取安全系數(shù)為3，則最大柵極安全電壓只有10V。（2）柵極擊穿

通常在MOS管的柵源間接入雙向穩(wěn)壓管，限制柵極電壓以保護(hù)器件。4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)4.擊穿效應(yīng)（1）漏襯4.1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)1.開(kāi)啟電壓VT

（增強(qiáng)型參數(shù)）2.夾斷電壓VP

（耗盡型參數(shù)）4.1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)1.開(kāi)啟電4.1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)3.飽和漏電流IDSS

（耗盡型參數(shù)）4.直流輸入電阻RGS

（109Ω～1015Ω

）4.1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)3.飽和漏4.1.5MOSFET的主要參數(shù)所以1.輸出電阻rds

當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，＝0，rds→∞

實(shí)際中，rds一般在幾十千歐到幾百千歐之間。二、交流參數(shù)對(duì)于增強(qiáng)型NMOS管有4.1.5MOSFET的主要參數(shù)所以1.輸出電阻rds4.1.5MOSFET的主要參數(shù)2.低頻互導(dǎo)gm

二、交流參數(shù)則其中又因?yàn)樗訬MOS增強(qiáng)型4.1.5MOSFET的主要參數(shù)2.低頻互導(dǎo)gm二、4.1.5MOSFET的主要參數(shù)三、極限參數(shù)1.最大漏極電流IDM

2.最大耗散功率PDM

3.最大漏源電壓V（BR）DS

4.最大柵源電壓V（BR）GS

4.1.5MOSFET的主要參數(shù)三、極限參數(shù)1.最大4.2MOSFET基本共源極放大電路4.2.1基本共源極放大電路的組成4.2.2基本共源放大電路的工作原理4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法4.2MOSFET基本共源極放大電路4.2.1基本4.2.1基本共源極放大電路的組成1.如何讓MOS管工作在飽和區(qū)？元件作用VGG：提供柵源電壓使vGS>

VTNVDD和Rd：

提供合適的漏源電壓，使

vDS>

vGS

-

VTNRd還兼有將電流轉(zhuǎn)換成電壓的作用（VGG

>>vi）通常稱VGG和VDD為三極管的工作電源，vi為信號(hào)。4.2.1基本共源極放大電路的組成1.如何讓MOS管工4.2.1基本共源極放大電路的組成2.信號(hào)如何通過(guò)MOS管傳遞？vi

信號(hào)由柵源回路輸入、漏源回路輸出，即源極是公共端，所以稱此電路為共源電路。也可看作信號(hào)由柵極輸入、漏極輸出。vGSiDvDS(=vo)飽和區(qū)由MOS管的控制關(guān)系決定由可獲得信號(hào)電壓增益（VGG

>>vi）4.2.1基本共源極放大電路的組成2.信號(hào)如何通過(guò)MO4.2.2基本共源放大電路的工作原理1.放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)

靜態(tài)：輸入信號(hào)為零（vi=0或ii=0）時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。

動(dòng)態(tài)：輸入信號(hào)不為零時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。

此時(shí)，F(xiàn)ET的直流量ID、VGS、VDS，在輸出特性曲線上表示為一個(gè)確定的點(diǎn)，習(xí)慣上稱該點(diǎn)為靜態(tài)工作點(diǎn)Q。常將上述三個(gè)電量寫成IDQ、VGSQ和VDSQ。4.2.2基本共源放大電路的工作原理1.放大電路的靜態(tài)4.2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路和交流通路僅有直流電流流經(jīng)的通路為直流通路4.2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流4.2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路和交流通路直流電壓源內(nèi)阻為零，交流電流流經(jīng)直流電壓源時(shí)不產(chǎn)生任何交流壓降，故直流電壓源對(duì)交流相當(dāng)于短路僅有直流電流流經(jīng)的通路為直流通路4.2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流4.2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路和交流通路僅有交流電流流經(jīng)的通路為交流通路直流電壓源對(duì)交流相當(dāng)于短路4.2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流4.2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)估算直流通路假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，則VGSQ=VGGVDSQ=VDD-

IDQRd

當(dāng)已知VGG、VDD、VTN、Kn、和Rd時(shí)，便可求得Q點(diǎn)（VGSQ、IDQ、VDSQ）。必須檢驗(yàn)是否滿足飽和區(qū)工作條件：VDSQ>

VGSQ

-

VTN>

0。若不滿足，則說(shuō)明工作在可變電阻區(qū)，此時(shí)漏極電流為注意：電路結(jié)構(gòu)不同，除FET特性方程外，其它電路方程將有差別4.2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)例4.2.1假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，根據(jù)VGSQ=VGGVDSQ=VDD-

IDQRd已知VGG=2V，VDD=5V，VTN=1V，Kn=0.2mA/V2，Rd=12k，求Q點(diǎn)。求得：

VGSQ=2V，IDQ=0.2mA，VDSQ=2.6V滿足飽和區(qū)工作條件：

VDSQ>

VGSQ

-

VTN>

0，結(jié)果即為所求。解：例4.2.1假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，根據(jù)VGSQ=V4.2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)估算飽和區(qū)的條件：VGSQ>VTN,

IDQ>0

，

VDSQ>VGSQ-

VTN增強(qiáng)型NMOS管假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，利用計(jì)算Q點(diǎn)。若：VGSQ<VTN,NMOS管截止。若：

VDSQ<VGSQ-

VTN，NMOS管可能工作在可變電阻區(qū)。如果初始假設(shè)是錯(cuò)誤的，則必須作出新的假設(shè)，同時(shí)重新分析電路。#請(qǐng)歸納其它管型靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算方法4.2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)4.2.2基本共源放大電路的工作原理4.放大電路的動(dòng)態(tài)工作情況在靜態(tài)基礎(chǔ)上加入小信號(hào)vi此時(shí)電路中的總電壓和電流為vGS=

VGSQ+

viiD

=

IDQ+

idvDS=

vDSQ+

vds其中id和vds為交流量vDS=VDD-

iDRd4.2.2基本共源放大電路的工作原理4.放大電路的動(dòng)態(tài)4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法

省略工作電源的直流電壓符號(hào)，僅保留電壓源非接“地”端子，并標(biāo)注電壓源名稱。習(xí)慣畫(huà)法1.習(xí)慣畫(huà)法4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法省略工作4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法1.習(xí)慣畫(huà)法4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法1.習(xí)慣畫(huà)法4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法2.主要分析法圖解法小信號(hào)模型分析法4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法2.主要分析法4.3圖解分析法4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析4.3.3圖解分析法的適用范圍4.3圖解分析法4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點(diǎn)4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q

采用圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知FET的輸出特性曲線。靜態(tài)：vi

=0輸入回路vGS=

VGG=

VGSQ輸出回路vDS=

VDD－iDRd（直流負(fù)載線）輸出回路左側(cè)的FET端口可用輸出特性曲線描述

共源放大電路4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q采用4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q得到靜態(tài)工作點(diǎn)：VGSQ、

IDQ、

VDSQvGS=

VGG=

VGSQ

共源放大電路直流負(fù)載線:vDS=

VDD－iDRd4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q得到靜態(tài)工作點(diǎn)：VG4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析

共源放大電路vGS=

VGSQ+

vi

工作點(diǎn)沿負(fù)載線移動(dòng)1.正常工作情況4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析共源放大電路vGS4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析圖解分析可得如下結(jié)論：

1.vi

vGSiD

vDS|vds(vo)|

(vi正半周時(shí))

2.vds與vi相位相反；

3.可以測(cè)量出放大電路的電壓放大倍數(shù)；

4.可以確定最大不失真輸出幅度。#

動(dòng)態(tài)工作時(shí)，

iD的實(shí)際電流方向是否改變，vGS、

vDS的實(shí)際電壓極性是否改變？1.正常工作情況4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析圖解分析可得如下結(jié)論：4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析2.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響截止失真（NMOS）4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析2.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析飽和失真（NMOS）2.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析飽和失真2.靜態(tài)工作點(diǎn)4.3.3圖解分析法的適用范圍幅度較大而工作頻率不太高的情況優(yōu)點(diǎn)：直觀、形象。有助于建立和理解交、直流共存，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等重要概念；有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的重要性。能全面地分析放大電路的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)工作情況。缺點(diǎn)：不能分析工作頻率較高時(shí)的電路工作狀態(tài)，也不能用來(lái)分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。4.3.3圖解分析法的適用范圍幅度較大而工作頻率不太高的4.4小信號(hào)模型分析法4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型4.4.2用小信號(hào)模型分析共源放大電路4.4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析4.4.4小信號(hào)模型分析法的適用范圍4.4小信號(hào)模型分析法4.4.1MOSFET的小信4.4小信號(hào)模型分析法建立小信號(hào)模型的意義建立小信號(hào)模型的思路

當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)幅值較小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來(lái)代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來(lái)處理。

由于場(chǎng)效應(yīng)管是非線性器件，所以分析起來(lái)非常復(fù)雜。建立小信號(hào)模型，就是在特定條件下將非線性器件做線性化近似處理，從而簡(jiǎn)化由其構(gòu)成的放大電路的分析和設(shè)計(jì)。4.4小信號(hào)模型分析法建立小信號(hào)模型的意義建立小信號(hào)模型4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型1.

=0時(shí)在飽和區(qū)內(nèi)有（以增強(qiáng)型NMOS管為例）FET雙口網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)值（直流）動(dòng)態(tài)值（交流）非線性失真項(xiàng)當(dāng)，vgs<<2(VGSQ-VTN)時(shí)，其中4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型1.=0時(shí)在飽和4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型FET雙口網(wǎng)絡(luò)純交流電路模型1.

=0時(shí)

gmvgs

是受控源

，且為電壓控制電流源(VCCS)。電流方向與vgs的極性是關(guān)聯(lián)的。4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型FET雙口網(wǎng)絡(luò)純交流電4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型FET雙口網(wǎng)絡(luò)d、s端口看入有一電阻rds電路模型2.0時(shí)4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型FET雙口網(wǎng)絡(luò)d、s端4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型gm——低頻互導(dǎo)

轉(zhuǎn)移特性曲線Q點(diǎn)上切線的斜率3.參數(shù)的物理意義4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型gm——低頻互導(dǎo)4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型3.參數(shù)的物理意義rds——輸出電阻

輸出特性曲線Q點(diǎn)上切線斜率的倒數(shù)4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型3.參數(shù)的物理意義r4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型4.模型應(yīng)用的前提條件

=0

0參數(shù)都是小信號(hào)參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。只適合對(duì)交流信號(hào)（變化量）的分析。未包含結(jié)電容的影響，不能用于分析高頻情況。vgs<<2(VGSQ-VTN)小信號(hào)4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型4.模型應(yīng)用的前提條4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型5.其它管型

0模型相同，參數(shù)類似

耗盡型NMOS管4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型5.其它管型04.4.1MOSFET的小信號(hào)模型5.其它管型模型相同，參數(shù)類似

增強(qiáng)型PMOS管

耗盡型PMOS管gm始終為正數(shù)4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型5.其它管型模型相同4.4.2用小信號(hào)模型分析共源放大電路

共源放大電路

由于小信號(hào)模型的參數(shù)是建立在靜態(tài)工作點(diǎn)基礎(chǔ)上的，所以分析時(shí)必須先求出電路的靜態(tài)工作點(diǎn)例4.4.1VTN=1V試確定電路的靜態(tài)值，求MOS管工作于飽和區(qū)的小信號(hào)電壓增益Av

、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro

。4.4.2用小信號(hào)模型分析共源放大電路共源放大電路例4.4.1VTN=1V解：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)

增強(qiáng)型？耗盡型？

柵源加什么極性偏置電壓？

Q點(diǎn)包含哪幾個(gè)電量？d和s可否互換？直流通路例4.4.1VTN=1V解：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)增強(qiáng)型？耗盡型解：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)直流通路假設(shè)工作在飽和區(qū)滿足假設(shè)成立，結(jié)果即為所求。例4.4.1VTN=1V解：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)直流通路假設(shè)工作在飽和區(qū)滿足假設(shè)成立，結(jié)解：（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)小信號(hào)等效電路電容和直流電壓源對(duì)交流相當(dāng)于短路例4.4.1VTN=1V解：（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)小信號(hào)等效電路電容和直流電壓源對(duì)交流相當(dāng)于解：（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)模型參數(shù)電壓增益經(jīng)常當(dāng)作公式使用例4.4.1VTN=1V解：（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)模型參數(shù)電壓增益經(jīng)常當(dāng)作公式使用例4.4.解：（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)輸入電阻輸出電阻=24k=3.9k例4.4.1VTN=1V解：（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)輸入電阻輸出電阻=24k=3.9k4.4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析假設(shè)在飽和區(qū)，根據(jù)例4.4.2VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V，Rd=10k，Rs=0.5k，Rsi=4k，Rg1=150k，Rg2=47k，確定靜態(tài)工作點(diǎn)，求動(dòng)態(tài)指標(biāo)。解：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)4.4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析假設(shè)在飽和區(qū)，根4.4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析例4.4.2VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V，Rd=10k，Rs=0.5k，Rsi=4k，Rg1=150k，Rg2=47k，確定靜態(tài)工作點(diǎn)，求動(dòng)態(tài)指標(biāo)。解：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)求得驗(yàn)證滿足工作在飽和區(qū)4.4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析例4.4.2小信號(hào)等效電路例4.4.2VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V，Rd=10k，Rs=0.5k，Rsi=4k，Rg1=150k，Rg2=47k，確定靜態(tài)工作點(diǎn)，求動(dòng)態(tài)指標(biāo)。解：（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)小信號(hào)等效電路例4.4.2VTN=1V，Kn=0.5例4.4.2VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V，Rd=10k，Rs=0.5k，Rsi=4k，Rg1=150k，Rg2=47k，確定靜態(tài)工作點(diǎn)，求動(dòng)態(tài)指標(biāo)。解：（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)電壓增益輸入電阻35.79k源電壓增益放大電路的輸入電阻不包含信號(hào)源的內(nèi)阻例4.4.2VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，例4.4.2VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V，Rd=10k，Rs=0.5k，Rsi=4k，Rg1=150k，Rg2=47k，確定靜態(tài)工作點(diǎn)，求動(dòng)態(tài)指標(biāo)。解：（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)輸出電阻

為便于分析，先考慮0時(shí)的情況例4.4.2VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，例4.4.2VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V，Rd=10k，Rs=0.5k，Rsi=4k，Rg1=150k，Rg2=47k，確定靜態(tài)工作點(diǎn)，求動(dòng)態(tài)指標(biāo)。解：（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)輸出電阻>

rds

為便于分析，先考慮0時(shí)的情況所以當(dāng)=0時(shí)，當(dāng)0時(shí)，若rds>>Rd，則例4.4.2VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，4.4.4小信號(hào)模型分析法的適用范圍

放大電路的輸入信號(hào)幅度較小，F(xiàn)ET工作在其I-V

特性曲線的飽和區(qū)（即近似線性范圍）內(nèi)。模型參數(shù)的值是在靜態(tài)工作點(diǎn)上求得的。所以，放大電路的動(dòng)態(tài)性能與靜態(tài)工作點(diǎn)位置及穩(wěn)定性密切相關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：分析放大電路的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)(Av

、Ri和Ro等)非常方便，且適用于頻率較高時(shí)（用高頻模型）的分析。缺點(diǎn)：在放大電路的小信號(hào)等效電路中，電壓、電流等電量及模型參數(shù)均是針對(duì)變化量(交流量)而言的，不能用來(lái)分析計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。4.4.4小信號(hào)模型分析法的適用范圍放4.5共漏極和共柵極放大電路4.5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路4.5.2共柵極放大電路4.5.3MOSFET放大電路三種組態(tài)的總結(jié)和比較4.5共漏極和共柵極放大電路4.5.1共漏極（源極4.5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路1.靜態(tài)分析設(shè)MOS管工作于飽和區(qū)需驗(yàn)證是否工作在飽和區(qū)4.5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路1.靜態(tài)分析設(shè)4.5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路2.動(dòng)態(tài)分析根據(jù)靜態(tài)工作點(diǎn)可求得gm小信號(hào)等效電路電壓增益輸出與輸入同相，且增益小于等于14.5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路2.動(dòng)態(tài)分析根4.5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路2.動(dòng)態(tài)分析源電壓增益輸入電阻

＋

－

vs

＋＋－viRi

Rsi

g

Rg1‖Rg2

gmvgs

Rs

rds

d

＋

－

vo

－

vgs

s

4.5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路2.動(dòng)態(tài)分析源4.5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路2.動(dòng)態(tài)分析輸出電阻輸出電阻較小Rsi

Rg1||Rg2

g＋

it＋

－

vt

gmvgs

Rs

rds

d

－

vgs

s

4.5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路2.動(dòng)態(tài)分析輸4.5.2共柵極放大電路1.靜態(tài)分析根據(jù)直流通路有由可得VGSQ又VS=-VGSQ所以VDSQ=VD

-VS

=VDD

-IDQRd

+VGSQ需驗(yàn)證是否工作在飽和區(qū)4.5.2共柵極放大電路1.靜態(tài)分析根據(jù)直流通路有由4.5.2共柵極放大電路2.動(dòng)態(tài)分析電壓增益輸出與輸入同相設(shè)=0源電壓增益4.5.2共柵極放大電路2.動(dòng)態(tài)分析電壓增益輸出與輸4.5.2共柵極放大電路2.動(dòng)態(tài)分析輸入電阻與共源電路同相輸出電阻輸入電阻遠(yuǎn)小于其它兩種組態(tài)當(dāng)rds>>Rd

和rds>>Rsi時(shí)Ro

Rd4.5.2共柵極放大電路2.動(dòng)態(tài)分析輸入電阻與共源電4.5.3MOSFET放大電路三種組態(tài)的總結(jié)和比較1.

三種組態(tài)的判斷柵極始終不能做輸出電極4.5.3MOSFET放大電路三種組態(tài)的總結(jié)和比較1.4.5.3MOSFET放大電路三種組態(tài)的總結(jié)和比較2.

三種組態(tài)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)比較共源共漏共柵電壓增益輸入電阻輸出電阻很高很高Ro

RdRo

Rd4.5.3MOSFET放大電路三種組態(tài)的總結(jié)和比較2.4.8結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理4.8.2JFET的特性曲線及參數(shù)4.8.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法4.8結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.8.14.8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)#

符號(hào)中的箭頭方向表示什么？4.8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)4.8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理2.工作原理①vGS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)vGS＜0時(shí)（以N溝道JFET為例）

當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源電壓vGS稱為夾斷電壓VP

（或VGS(off)）。對(duì)于N溝道的JFET，VP<0。PN結(jié)反偏耗盡層加厚溝道變窄。

vGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄。4.8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理2.工作原理①4.8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理②vDS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)vGS=0時(shí)，vDSiDg、d間PN結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。

當(dāng)vDS增加到使vGD=VP時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)vDS夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻iD基本不變2.工作原理（以N溝道JFET為例）4.8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理②vDS對(duì)溝道的控4.8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理③

vGS和vDS同時(shí)作用時(shí)當(dāng)VP<vGS<0時(shí)，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，對(duì)于同樣的vDS，

iD的值比vGS=0時(shí)的值要小。在預(yù)夾斷處vGD=vGS-vDS=VP2.工作原理（以N溝道JFET為例）4.8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理③vGS和vDS同綜上分析可知JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制。預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。#

為什么JFET的輸入電阻比BJT高得多？JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因此iG0，輸入電阻很高。綜上分析可知JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制。預(yù)4.8.2JFET的特性曲線及參數(shù)2.轉(zhuǎn)移特性1.輸出特性(VP≤vGS≤0)4.8.2JFET的特性曲線及參數(shù)2.轉(zhuǎn)移特性4.8.2JFET的特性曲線及參數(shù)與MOSFET類似3.主要參數(shù)4.8.2JFET的特性曲線及參數(shù)與MOSFET類似3.4.8.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法1.JFET小信號(hào)模型4.8.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法1.JF4.8.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法2.應(yīng)用小信號(hào)模型法分析JFET放大電路（1）靜態(tài)工作點(diǎn)與MOSFET類似4.8.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法2.應(yīng)用4.8.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法2.應(yīng)用小信號(hào)模型法分析JFET放大電路（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)4.8.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法2.應(yīng)用4.8.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法電壓增益忽略rds由輸入輸出回路得則2.應(yīng)用小信號(hào)模型法分析JFET放大電路（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)4.8.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法電壓增益忽略4.8.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法輸入電阻2.應(yīng)用小信號(hào)模型法分析JFET放大電路（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)輸出電阻4.8.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法輸入電阻2.*4.9砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管

砷化鎵（GaAs）是由Ⅲ族元素鎵和Ⅴ族元素砷二者組成的單晶化合物，是一種新型半導(dǎo)體材料。

GaAs的電子遷移率比硅約大5～10倍，比硅器件轉(zhuǎn)換速度快很多。高速砷化鎵三極管廣泛用于微波電路、高頻放大和高速數(shù)字邏輯器件中。*4.9砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管砷化鎵4.10各種FET的特性及使用注意事項(xiàng)1.各種FET的特性比較2.使用注意事項(xiàng)4.10各種FET的特性及使用注意事項(xiàng)1.各種FET的特性比較見(jiàn)表4.10.11.各種FET的特性比較見(jiàn)表4.10.1電子技術(shù)基礎(chǔ)(第六版)模擬部分ch04資料課件2.使用注意事項(xiàng)（1）在MOS管中，有的產(chǎn)品將襯底引出（這種管子有四個(gè)管腳），使用者可視需要進(jìn)行連接。一般P襯底接低電位，N襯底接高電位。也可將源極與襯底連在一起。（2）FET（包括結(jié)型和MOS型）的漏極和源極通常可以互換。但有些產(chǎn)品出廠時(shí)已將源極與襯底連在一起，這時(shí)源極與漏極就不能互換了。（3）JFET的柵源電壓不能接反，但可以在開(kāi)路狀態(tài)下保存。早期的MOSFET柵極無(wú)電荷釋放通路，很容易累積感應(yīng)電荷而產(chǎn)生高壓，導(dǎo)致極薄的絕緣層擊穿損壞管子?，F(xiàn)在的MOSFET產(chǎn)品已采取了措施（柵-源間連有兩只背靠背的穩(wěn)壓二極管），不再出現(xiàn)早期的問(wèn)題。end2.使用注意事項(xiàng)（1）在MOS管中，有的產(chǎn)品將襯底引出（《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分（第六版）《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分（第六版）電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分1緒論2運(yùn)算放大器3二極管及其基本電路4場(chǎng)效應(yīng)三極管及其放大電路5雙極結(jié)型三極管及其放大電路6頻率響應(yīng)7模擬集成電路8反饋放大電路9功率放大電路10信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路11直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分1緒論4場(chǎng)效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3圖解分析法4.4小信號(hào)模型分析法4.5共漏極和共柵極放大電路4.6集成電路單級(jí)MOSFET放大電路4.7多級(jí)放大電路4.8結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）及其放大電路*4.9砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管4.10各種FET的特性及使用注意事項(xiàng)4場(chǎng)效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MO場(chǎng)效應(yīng)管的分類：P溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強(qiáng)型N溝道N溝道（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)耗盡型：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在增強(qiáng)型：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道場(chǎng)效應(yīng)管的分類：P溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強(qiáng)型N溝道N4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)三極管4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET4.1.2N溝道耗盡型MOSFET4.1.3P溝道MOSFET4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)4.1.5MOSFET的主要參數(shù)4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)三極管4.1.4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)L：溝道長(zhǎng)度W：溝道寬度tox

：絕緣層厚度通常W>L4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)L：溝道長(zhǎng)4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖符號(hào)1.結(jié)構(gòu)4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖符號(hào)1.結(jié)構(gòu)4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（1）VGS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)VGS≤0時(shí)

無(wú)導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓時(shí)，也無(wú)電流產(chǎn)生。當(dāng)0

<VGS<VTN時(shí)

產(chǎn)生電場(chǎng)，但未形成導(dǎo)電溝道（反型層），d、s間加電壓后，沒(méi)有電流產(chǎn)生。2.工作原理4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（1）VGS對(duì)溝道的控4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET當(dāng)VGS>VTN時(shí)

在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓后，將有電流產(chǎn)生。

VGS越大，導(dǎo)電溝道越厚VTN稱為N溝道增強(qiáng)型MOSFET開(kāi)啟電壓（1）VGS對(duì)溝道的控制作用2.工作原理

必須依靠柵極外加電壓才能產(chǎn)生反型層的MOSFET稱為增強(qiáng)型器件4.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET當(dāng)VGS>VTN時(shí)2.工作原理（2）VDS對(duì)溝道的控制作用靠近漏極d處的電位升高電場(chǎng)強(qiáng)度減小溝道變薄當(dāng)VGS一定（VGS>VTN）時(shí)，VDSID溝道電位梯度整個(gè)溝道呈楔形分布2.工作原理（2）VDS對(duì)溝道的控制作用靠近漏極d處的電

當(dāng)VDS增加到使VGD=VTN時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。在預(yù)夾斷處：VGD=VGS-VDS=VTN（2）VDS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)VGS一定（VGS>VTN）時(shí)，VDSID溝道電位梯度2.工作原理當(dāng)VDS增加到使VGD=VTN時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷后，VDS夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻ID基本不變（2）VDS對(duì)溝道的控制作用2.工作原理預(yù)夾斷后，VDS夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻ID基本不變（2（3）VDS和VGS同時(shí)作用時(shí)

VDS一定，VGS變化時(shí)

給定一個(gè)vGS，就有一條不同的iD–

vDS曲線。2.工作原理（3）VDS和VGS同時(shí)作用時(shí)VDS一定，VGS變化時(shí)以上分析可知溝道中只有一種類型的載流子參與導(dǎo)電，所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱為單極型三極管。MOSFET是電壓控制電流器件（VCCS），iD受vGS控制。預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。MOSFET的柵極是絕緣的，所以iG0，輸入電阻很高。只有當(dāng)vGS>VTN時(shí)，增強(qiáng)型MOSFET的d、s間才能導(dǎo)通。以上分析可知溝道中只有一種類型的載流子參與導(dǎo)電，所以場(chǎng)效應(yīng)管3.I-V

特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程①截止區(qū)當(dāng)vGS＜VTN時(shí)，導(dǎo)電溝道尚未形成，iD＝0，為截止工作狀態(tài)。3.I-V特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)②可變電阻區(qū)

vDS<（vGS－VTN）由于vDS較小，可近似為rdso是一個(gè)受vGS控制的可變電阻（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程3.I-V

特性曲線及大信號(hào)特性方程②可變電阻區(qū)由于vDS較小，可近似為rdso是一個(gè)受vGS②可變電阻區(qū)

n：反型層中電子遷移率Cox：柵極（與襯底間）氧化層單位面積電容本征電導(dǎo)因子其中Kn為電導(dǎo)常數(shù)，單位：mA/V2（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程3.I-V

特性曲線及大信號(hào)特性方程②可變電阻區(qū)n：反型層中電子遷移率本征電導(dǎo)③飽和區(qū)（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）vGS>VTN

，且vDS≥（vGS－VTN）是vGS＝2VTN時(shí)的iDI-V特性：（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程

必須讓FET工作在飽和區(qū)（放大區(qū)）才有放大作用。3.I-V

特性曲線及大信號(hào)特性方程③飽和區(qū)vGS>VTN，且vDS≥（vGS－VTN）是（2）轉(zhuǎn)移特性#

為什么不談?shì)斎胩匦裕緼BCD在飽和區(qū)，iD受vGS控制3.I-V

特性曲線及大信號(hào)特性方程（2）轉(zhuǎn)移特性#為什么不談?shì)斎胩匦裕緼BCD在飽和區(qū)，iD4.1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子，已存在導(dǎo)電溝道可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無(wú)柵流4.1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理二4.1.2N溝道耗盡型MOSFET（N溝道增強(qiáng)型）IDSS

2.I-V

特性曲線及大信號(hào)特性方程4.1.2N溝道耗盡型MOSFET（N溝道增強(qiáng)型）IDS4.1.3P溝道MOSFET#

襯底是什么類型的半導(dǎo)體材料？#

哪個(gè)符號(hào)是增強(qiáng)型的？#

在增強(qiáng)型的P溝道MOSFET中，vGS應(yīng)加什么極性的電壓才能工作在飽和區(qū)（線性放大區(qū)）？4.1.3P溝道MOSFET#襯底是什么類型的半導(dǎo)體材4.1.3P溝道MOSFET#

是增強(qiáng)型還是耗盡型特性曲線？#

耗盡型特性曲線是怎樣的？vGS加什么極性的電壓能使管子工作在飽和區(qū)（線性放大區(qū)）？電流均以流入漏極的方向?yàn)檎?.1.3P溝道MOSFET#是增強(qiáng)型還是耗盡型特性曲4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)實(shí)際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的（N溝道為例）L的單位為m當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，＝0，曲線是平坦的。

修正后VA稱為厄雷（Early）電壓1.溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)實(shí)際上飽和區(qū)的曲線并不是4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)

襯底未與源極并接時(shí)，襯底與源極間的偏壓vBS將影響實(shí)際的開(kāi)啟（夾斷）電壓和轉(zhuǎn)移特性。VTNO表示vBS

=0時(shí)的開(kāi)啟電壓2.襯底調(diào)制效應(yīng)（體效應(yīng)）N溝道增強(qiáng)型對(duì)耗盡型器件的夾斷電壓有類似的影響4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)襯底未與源極并接4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)2.襯底調(diào)制效應(yīng)（體效應(yīng)）

通常，N溝道器件的襯底接電路的最低電位，P溝道器件的襯底接電路的最高電位。

為保證導(dǎo)電溝道與襯底之間的PN結(jié)反偏，要求：

N溝道:vBS0P溝道:vBS04.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)2.襯底調(diào)制效應(yīng)（體效4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)3.溫度效應(yīng)VTN和電導(dǎo)常數(shù)Kn隨溫度升高而下降，且Kn受溫度的影響大于VTN受溫度的影響。

當(dāng)溫度升高時(shí)，對(duì)于給定的VGS，總的效果是漏極電流減小?？勺冸娮鑵^(qū)

飽和區(qū)4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)3.溫度效應(yīng)4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)4.擊穿效應(yīng)（1）漏襯擊穿外加的漏源電壓過(guò)高，將導(dǎo)致漏極到襯底的PN結(jié)擊穿。

若絕緣層厚度tox=50納米時(shí)，只要約30V的柵極電壓就可將絕緣層擊穿，若取安全系數(shù)為3，則最大柵極安全電壓只有10V。（2）柵極擊穿

通常在MOS管的柵源間接入雙向穩(wěn)壓管，限制柵極電壓以保護(hù)器件。4.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制等幾種效應(yīng)4.擊穿效應(yīng)（1）漏襯4.1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)1.開(kāi)啟電壓VT

（增強(qiáng)型參數(shù)）2.夾斷電壓VP

（耗盡型參數(shù)）4.1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)1.開(kāi)啟電4.1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)3.飽和漏電流IDSS

（耗盡型參數(shù)）4.直流輸入電阻RGS

（109Ω～1015Ω

）4.1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)3.飽和漏4.1.5MOSFET的主要參數(shù)所以1.輸出電阻rds

當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，＝0，rds→∞

實(shí)際中，rds一般在幾十千歐到幾百千歐之間。二、交流參數(shù)對(duì)于增強(qiáng)型NMOS管有4.1.5MOSFET的主要參數(shù)所以1.輸出電阻rds4.1.5MOSFET的主要參數(shù)2.低頻互導(dǎo)gm

二、交流參數(shù)則其中又因?yàn)樗訬MOS增強(qiáng)型4.1.5MOSFET的主要參數(shù)2.低頻互導(dǎo)gm二、4.1.5MOSFET的主要參數(shù)三、極限參數(shù)1.最大漏極電流IDM

2.最大耗散功率PDM

3.最大漏源電壓V（BR）DS

4.最大柵源電壓V（BR）GS

4.1.5MOSFET的主要參數(shù)三、極限參數(shù)1.最大4.2MOSFET基本共源極放大電路4.2.1基本共源極放大電路的組成4.2.2基本共源放大電路的工作原理4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法4.2MOSFET基本共源極放大電路4.2.1基本4.2.1基本共源極放大電路的組成1.如何讓MOS管工作在飽和區(qū)？元件作用VGG：提供柵源電壓使vGS>

VTNVDD和Rd：

提供合適的漏源電壓，使

vDS>

vGS

-

VTNRd還兼有將電流轉(zhuǎn)換成電壓的作用（VGG

>>vi）通常稱VGG和VDD為三極管的工作電源，vi為信號(hào)。4.2.1基本共源極放大電路的組成1.如何讓MOS管工4.2.1基本共源極放大電路的組成2.信號(hào)如何通過(guò)MOS管傳遞？vi

信號(hào)由柵源回路輸入、漏源回路輸出，即源極是公共端，所以稱此電路為共源電路。也可看作信號(hào)由柵極輸入、漏極輸出。vGSiDvDS(=vo)飽和區(qū)由MOS管的控制關(guān)系決定由可獲得信號(hào)電壓增益（VGG

>>vi）4.2.1基本共源極放大電路的組成2.信號(hào)如何通過(guò)MO4.2.2基本共源放大電路的工作原理1.放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)

靜態(tài)：輸入信號(hào)為零（vi=0或ii=0）時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。

動(dòng)態(tài)：輸入信號(hào)不為零時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。

此時(shí)，F(xiàn)ET的直流量ID、VGS、VDS，在輸出特性曲線上表示為一個(gè)確定的點(diǎn)，習(xí)慣上稱該點(diǎn)為靜態(tài)工作點(diǎn)Q。常將上述三個(gè)電量寫成IDQ、VGSQ和VDSQ。4.2.2基本共源放大電路的工作原理1.放大電路的靜態(tài)4.2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路和交流通路僅有直流電流流經(jīng)的通路為直流通路4.2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流4.2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路和交流通路直流電壓源內(nèi)阻為零，交流電流流經(jīng)直流電壓源時(shí)不產(chǎn)生任何交流壓降，故直流電壓源對(duì)交流相當(dāng)于短路僅有直流電流流經(jīng)的通路為直流通路4.2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流4.2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路和交流通路僅有交流電流流經(jīng)的通路為交流通路直流電壓源對(duì)交流相當(dāng)于短路4.2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流4.2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)估算直流通路假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，則VGSQ=VGGVDSQ=VDD-

IDQRd

當(dāng)已知VGG、VDD、VTN、Kn、和Rd時(shí)，便可求得Q點(diǎn)（VGSQ、IDQ、VDSQ）。必須檢驗(yàn)是否滿足飽和區(qū)工作條件：VDSQ>

VGSQ

-

VTN>

0。若不滿足，則說(shuō)明工作在可變電阻區(qū)，此時(shí)漏極電流為注意：電路結(jié)構(gòu)不同，除FET特性方程外，其它電路方程將有差別4.2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)例4.2.1假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，根據(jù)VGSQ=VGGVDSQ=VDD-

IDQRd已知VGG=2V，VDD=5V，VTN=1V，Kn=0.2mA/V2，Rd=12k，求Q點(diǎn)。求得：

VGSQ=2V，IDQ=0.2mA，VDSQ=2.6V滿足飽和區(qū)工作條件：

VDSQ>

VGSQ

-

VTN>

0，結(jié)果即為所求。解：例4.2.1假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，根據(jù)VGSQ=V4.2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)估算飽和區(qū)的條件：VGSQ>VTN,

IDQ>0

，

VDSQ>VGSQ-

VTN增強(qiáng)型NMOS管假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，利用計(jì)算Q點(diǎn)。若：VGSQ<VTN,NMOS管截止。若：

VDSQ<VGSQ-

VTN，NMOS管可能工作在可變電阻區(qū)。如果初始假設(shè)是錯(cuò)誤的，則必須作出新的假設(shè)，同時(shí)重新分析電路。#請(qǐng)歸納其它管型靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算方法4.2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)4.2.2基本共源放大電路的工作原理4.放大電路的動(dòng)態(tài)工作情況在靜態(tài)基礎(chǔ)上加入小信號(hào)vi此時(shí)電路中的總電壓和電流為vGS=

VGSQ+

viiD

=

IDQ+

idvDS=

vDSQ+

vds其中id和vds為交流量vDS=VDD-

iDRd4.2.2基本共源放大電路的工作原理4.放大電路的動(dòng)態(tài)4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法

省略工作電源的直流電壓符號(hào)，僅保留電壓源非接“地”端子，并標(biāo)注電壓源名稱。習(xí)慣畫(huà)法1.習(xí)慣畫(huà)法4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法省略工作4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法1.習(xí)慣畫(huà)法4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法1.習(xí)慣畫(huà)法4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法2.主要分析法圖解法小信號(hào)模型分析法4.2.3放大電路的習(xí)慣畫(huà)法和主要分析法2.主要分析法4.3圖解分析法4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析4.3.3圖解分析法的適用范圍4.3圖解分析法4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點(diǎn)4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q

采用圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知FET的輸出特性曲線。靜態(tài)：vi

=0輸入回路vGS=

VGG=

VGSQ輸出回路vDS=

VDD－iDRd（直流負(fù)載線）輸出回路左側(cè)的FET端口可用輸出特性曲線描述

共源放大電路4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q采用4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q得到靜態(tài)工作點(diǎn)：VGSQ、

IDQ、

VDSQvGS=

VGG=

VGSQ

共源放大電路直流負(fù)載線:vDS=

VDD－iDRd4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q得到靜態(tài)工作點(diǎn)：VG4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析

共源放大電路vGS=

VGSQ+

vi

工作點(diǎn)沿負(fù)載線移動(dòng)1.正常工作情況4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析共源放大電路vGS4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析圖解分析可得如下結(jié)論：

1.vi

vGSiD

vDS|vds(vo)|

(vi正半周時(shí))

2.vds與vi相位相反；

3.可以測(cè)量出放大電路的電壓放大倍數(shù)；

4.可以確定最大不失真輸出幅度。#

動(dòng)態(tài)工作時(shí)，

iD的實(shí)際電流方向是否改變，vGS、

vDS的實(shí)際電壓極性是否改變？1.正常工作情況4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析圖解分析可得如下結(jié)論：4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析2.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響截止失真（NMOS）4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析2.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析飽和失真（NMOS）2.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響4.3.2動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析飽和失真2.靜態(tài)工作點(diǎn)4.3.3圖解分析法的適用范圍幅度較大而工作頻率不太高的情況優(yōu)點(diǎn)：直觀、形象。有助于建立和理解交、直流共存，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等重要概念；有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的重要性。能全面地分析放大電路的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)工作情況。缺點(diǎn)：不能分析工作頻率較高時(shí)的電路工作狀態(tài)，也不能用來(lái)分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。4.3.3圖解分析法的適用范圍幅度較大而工作頻率不太高的4.4小信號(hào)模型分析法4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型4.4.2用小信號(hào)模型分析共源放大電路4.4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析4.4.4小信號(hào)模型分析法的適用范圍4.4小信號(hào)模型分析法4.4.1MOSFET的小信4.4小信號(hào)模型分析法建立小信號(hào)模型的意義建立小信號(hào)模型的思路

當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)幅值較小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來(lái)代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來(lái)處理。

由于場(chǎng)效應(yīng)管是非線性器件，所以分析起來(lái)非常復(fù)雜。建立小信號(hào)模型，就是在特定條件下將非線性器件做線性化近似處理，從而簡(jiǎn)化由其構(gòu)成的放大電路的分析和設(shè)計(jì)。4.4小信號(hào)模型分析法建立小信號(hào)模型的意義建立小信號(hào)模型4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型1.

=0時(shí)在飽和區(qū)內(nèi)有（以增強(qiáng)型NMOS管為例）FET雙口網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)值（直流）動(dòng)態(tài)值（交流）非線性失真項(xiàng)當(dāng)，vgs<<2(VGSQ-VTN)時(shí)，其中4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型1.=0時(shí)在飽和4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型FET雙口網(wǎng)絡(luò)純交流電路模型1.

=0時(shí)

gmvgs

是受控源

，且為電壓控制電流源(VCCS)。電流方向與vgs的極性是關(guān)聯(lián)的。4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型FET雙口網(wǎng)絡(luò)純交流電4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型FET雙口網(wǎng)絡(luò)d、s端口看入有一電阻rds電路模型2.0時(shí)4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型FET雙口網(wǎng)絡(luò)d、s端4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型gm——低頻互導(dǎo)

轉(zhuǎn)移特性曲線Q點(diǎn)上切線的斜率3.參數(shù)的物理意義4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型gm——低頻互導(dǎo)4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型3.參數(shù)的物理意義rds——輸出電阻

輸出特性曲線Q點(diǎn)上切線斜率的倒數(shù)4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型3.參數(shù)的物理意義r4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型4.模型應(yīng)用的前提條件

=0

0參數(shù)都是小信號(hào)參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。只適合對(duì)交流信號(hào)（變化量）的分析。未包含結(jié)電容的影響，不能用于分析高頻情況。vgs<<2(VGSQ-VTN)小信號(hào)4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型4.模型應(yīng)用的前提條4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型5.其它管型

0模型相同，參數(shù)類似

耗盡型NMOS管4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型5.其它管型04.4.1MOSFET的小信號(hào)模型5.其它管型模型相同，參數(shù)類似

增強(qiáng)型PMOS管

耗盡型PMOS管gm始終為正數(shù)4.4.1MOSFET的小信號(hào)模型5.其它管型模型相同4.4.2用小信號(hào)模型分析共源放大電路

共源放大電路

由于小信號(hào)模型的參數(shù)是建