場效應(yīng)管放大電路

場效應(yīng)管放大電路第1頁/共59頁5.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)管5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET5.1.5MOSFET的主要參數(shù)5.1.2N溝道耗盡型MOSFET5.1.3P溝道MOSFET5.1.4溝道長度調(diào)制效應(yīng)第2頁/共59頁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場效應(yīng)管JFET(結(jié)型)MOSFET(絕緣柵型)耗盡型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，就有導(dǎo)電溝道存在增強(qiáng)型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，沒有導(dǎo)電溝道場效應(yīng)管的分類參見P199第3頁/共59頁5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)（N溝道）L：溝道長度W：溝道寬度tox

：絕緣層厚度通常W>L第4頁/共59頁5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖1.結(jié)構(gòu)（N溝道）符號第5頁/共59頁5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET2.工作原理（1）vGS對溝道的控制作用當(dāng)vGS=0時

無導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓時，無論極性如何，也無電流產(chǎn)生。當(dāng)vGS≥VT時

在電場作用下產(chǎn)生導(dǎo)電（感生）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。VT稱為開啟電壓（P202定義）(動畫2-4）第6頁/共59頁2.工作原理（2）vDS對溝道的控制作用靠近漏極d處的電位升高電場強(qiáng)度減小溝道變薄當(dāng)vGS一定（vGS>VT）時，在電場作用下產(chǎn)生導(dǎo)電（感生）溝道，d、s間加電壓后，將有電流產(chǎn)生iD

。vDSiD溝道電位梯度整個溝道呈楔形分布

第7頁/共59頁當(dāng)vGS一定（vGS>VT）時，vDSiD溝道電位梯度

當(dāng)vDS增加到使vGD=VT時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。2.工作原理（2）vDS對溝道的控制作用在預(yù)夾斷處：vGD=vGS-vDS=VT第8頁/共59頁預(yù)夾斷后，vDS夾斷區(qū)延長溝道電阻iD基本不變2.工作原理（2）vDS對溝道的控制作用(動畫2-5)第9頁/共59頁2.工作原理（3）vDS和vGS同時作用時vDS一定，vGS變化時給定一個vGS，就有一條不同的iD–

vDS曲線。第10頁/共59頁3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程①截止區(qū)當(dāng)vGS＜VT時，導(dǎo)電溝道尚未形成，iD＝0，為截止工作狀態(tài)。第11頁/共59頁3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程②可變電阻區(qū)

vDS≤（vGS－VT）由于vDS較小，可近似為rdso是一個受vGS控制的可變電阻第12頁/共59頁3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程Kn為電導(dǎo)常數(shù)，單位：mA/V2P203第13頁/共59頁3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程③飽和區(qū)（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）vGS>VT

，且vDS≥（vGS－VT）是vGS＝2VT時的iDV-I特性：第14頁/共59頁3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（2）轉(zhuǎn)移特性P204第15頁/共59頁5.1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理簡述（N溝道）二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流.第16頁/共59頁5.1.2N溝道耗盡型MOSFETV-I特性曲線及大信號特性方程

參見P206

（N溝道增強(qiáng)型）（N溝道耗盡型）第17頁/共59頁5.1.3P溝道MOSFETP

參見206第18頁/共59頁5.1.4溝道長度調(diào)制效應(yīng)P207實際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的L的單位為m當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時，＝0，曲線是平坦的。

修正后第19頁/共59頁5.1.5MOSFET的主要參數(shù)P208一、直流參數(shù)NMOS增強(qiáng)型:1.開啟電壓VT

（增強(qiáng)型參數(shù)）2.夾斷電壓VP

（耗盡型參數(shù)）3.飽和漏電流IDSS

（耗盡型參數(shù)）4.直流輸入電阻RGS

（109Ω～1015Ω

）二、交流參數(shù)1.輸出電阻rds:

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

第20頁/共59頁5.1.5MOSFET的主要參數(shù)二、交流參數(shù)第21頁/共59頁5.1.5MOSFET的主要參數(shù)end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

第22頁/共59頁5.2MOSFET放大電路5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點的計算2.圖解分析3.小信號模型分析*5.2.2帶PMOS負(fù)載的NMOS放大電路第23頁/共59頁5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點的計算（1）簡單的共源極放大電路（N溝道）共源極放大電路直流通路第24頁/共59頁5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點的計算（1）簡單的共源極放大電路（N溝道）第25頁/共59頁假設(shè)成立，結(jié)果即為所求。例：設(shè)Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k，試計算電路的靜態(tài)漏極電流IDQ和漏源電壓VDSQ。VDD=5V，VT=1V，第26頁/共59頁5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點的計算（2）帶源極電阻R的NMOS共源極放大電路第27頁/共59頁5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點的計算靜態(tài)時，vI＝0，VG＝0，ID＝I電流源偏置

VS＝VG－VGS3、電流源偏置VDSQ＝VDQ－VS第28頁/共59頁5.2.1MOSFET放大電路2.圖解分析參見P215

注意：由于負(fù)載開路，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線相同，所以用直流負(fù)載線代替交流負(fù)載線第29頁/共59頁第30頁/共59頁5.2.1MOSFET放大電路3.小信號模型分析（1）模型第31頁/共59頁5.2.1MOSFET放大電路3.小信號模型分析（1）模型=0時低頻小信號模型第32頁/共59頁0時低頻小信號模型高頻小信號模型參見P217第33頁/共59頁3.小信號模型分析解：例5.2.2的直流分析已求得：（2）放大電路分析（例5.2.5）s第34頁/共59頁3.小信號模型分析（2）放大電路分析（例5.2.5）s第35頁/共59頁3.小信號模型分析（2）放大電路分析（例5.2.6）共漏放大電路參見P219第36頁/共59頁解：第37頁/共59頁3.小信號模型分析（2）放大電路分析P220第38頁/共59頁*5.2.2帶PMOS負(fù)載的NMOS放大電路本小節(jié)不作教學(xué)要求，有興趣者自學(xué)end第39頁/共59頁5.3結(jié)型場效應(yīng)管5.3.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理5.3.2JFET的特性曲線及參數(shù)5.3.3JFET放大電路的小信號模型分析法第40頁/共59頁5.3.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)#

符號中的箭頭方向表示什么？(動畫2-8）第41頁/共59頁2.工作原理①vGS對溝道的控制作用當(dāng)vGS＜0時（以N溝道JFET為例）

當(dāng)溝道夾斷時，對應(yīng)的柵源電壓vGS稱為夾斷電壓VP

（或VGS(off)）。對于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。第42頁/共59頁2.工作原理（以N溝道JFET為例）②vDS對溝道的控制作用當(dāng)vGS=0時，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，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時vDS夾斷區(qū)延長溝道電阻iD基本不變第43頁/共59頁2.工作原理（以N溝道JFET為例）③

vGS和vDS同時作用時當(dāng)VP<vGS<0時，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，對于同樣的vDS，

此時iD的值比vGS=0時的值要小。在預(yù)夾斷處vGD=vGS-vDS=VP（動畫2-9）第44頁/共59頁綜上分析可知

溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，

所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。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。第45頁/共59頁5.3.2JFET的特性曲線及參數(shù)2.轉(zhuǎn)移特性1.輸出特性(VP≤vGS≤0)參見P230第46頁/共59頁與MOSFET類似3.主要參數(shù)5.3.2JFET的特性曲線及參數(shù)第47頁/共59頁5.3.3JFET放大電路的小信號模型分析法1.JFET小信號模型（1）低頻模型第48頁/共59頁（2）高頻模型第49頁/共59頁2.動態(tài)指標(biāo)分析（1）中頻小信號模型第50頁/共59頁2.動態(tài)指標(biāo)分析（2）中頻電壓增益忽略rds，由輸入輸出回路得end第51頁/共59頁第52頁/共59頁*5.4砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管不作教學(xué)要求，有興趣者自學(xué)第53頁/共