《场效应管放大电路》PPT课件.ppt

第5章 场效应管放大电路,本章重点,场效应管的分类,(耗尽型),耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在 增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道存在,5.1 金属氧化物半导体（MOS）场效应管,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET,5.1.3 P沟道MOSFET,5.1.4 沟道长度调制效应,5.1.5 MOSFET的主要参数,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,1、结构（N沟道）,L：沟道长度,W：沟道宽度,通常 WL,：绝缘层厚度,剖面图,电路符号,1、结构（N沟道）,2、工作原理,（1） 对沟道的控制作用,当 时，,d、s间加电压时，无电流产生,无导电沟道,当 时，,产生电场,当 时,未形成导电沟道（感生沟道）， d、s间加电压后，没有电流产生。,当 时,在电场作用下产生导电沟道， d、s间加电压后，将有电流产生。,称为开启电压,越大，导电沟道越厚,导电沟道相当于电阻将DS连接起来，,越大此电阻越小。,（2） 对沟道的控制作用,当 一定（ ）时，,问题：电流 是否会随着 的增加线性增长？,整个沟道呈楔形分布,当 增加到使 时， 在紧靠漏极处出现预夹断。,在预夹断处： 预夹断后，,夹断区延长,沟道电阻,基本不变。,（3） 和 同时作用,一定， 变化时，,给定一个 ，就有 一条不同的 曲线。,以上分析可知, 沟道中只有一种载流子参与导电，所以场效应管也称为单级 型三极管。, MOSFET的栅极是绝缘的，所以 ，输入电阻很高。, MOSFET是电压控制电流器件（VCCS）， 受 控制。, 只有当 时，增强型MOSFET的d、s间才能导通。, 预夹断前 与 呈近似线性关系；夹断后， 趋于饱和。,MOSFET与BJT有什么不同？,（1）MOSFET只有一种载流子参与导电，而BJT有两种载 流子参与导电,（2）MOSFET比BJT输入电阻大,（3）MOSFET是VCCS,BJT是CCCS,3、VI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,截止区,当 时，导电沟 道尚未形成， 为截止工作 状态。,无导电沟道,可变电阻区,其中,：为反型层中电子迁移率,：栅极氧化层单位面积电容,有导电沟道且沟道未被夹断,由于 较小，可近似为,是一个受 控制的可变电阻。,饱和区(恒流区又称为放大区),，且,问题：此时场效应管的VI特性 方程是怎样的？,VI特性：,是 时的,导电沟道被夹断后,（2）转移特性,问题：为什么不考虑输入特性？,5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET,1、结构(N沟道),二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子,当 时，沟道变宽,当 时，沟道变窄,当 时，沟道被夹断,结论：可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流,2 工作原理（N沟道）,称为夹断电压,2、VI特性曲线及大信号特性方程,（N沟道增强型）,为零栅压的漏极电流，称为饱和漏极电流,（N沟道耗尽型）,5.1.3 P沟道MOSFET, 衬底是什么类型的半导体材料？, 哪个符号是增强型的？, 在增强型的P沟道MOSFET中， 应加什么极性的 电压才能工作在饱和区（线性放大区）？,问题：,5.1.4 沟道长度调制效应,实际上饱和区的曲线并不是平坦的,修正后,L的单位为,当不考虑沟道调制效应时， 曲线是平坦的。,5.1.5 MOSFET的主要参数,一、直流参数,1.开启电压 （增强型参数）,2.夹断电压 （耗尽型参数）,4.直流输入电阻 （ ）,二、交流参数,1.输出电阻,NMOS增强型,3.饱和漏电流 （耗尽型参数）,当不考虑沟道调制效应时，,2.低频互导,考虑到,则,三、极限参数,1.最大漏极电流,3.最大漏源电压,2.最大耗散功率,4.最大栅源电压,组成原则：,（1）静态：合适的静态工作点，使场效应管工作在 恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。,（2）动态：能为交流信号提供通路。,分析方法：,静态分析：估算法、图解法,动态分析：图解法、微变等效电路法,5.2 MOSFET放大电路,5.2.1 MOSFET放大电路,1. 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 （CMOS共源放大电路）,5.2.1 MOSFET放大电路,FET放大电路的三种组态：,共源极放大电路：输入在栅极，输出在漏极,共漏极放大电路：输入在栅极，输出在源极,共栅极放大电路：输入在源极，输出在漏极,5.2.1 MOSFET放大电路,(1)简单的共源极放大电路（N沟道）,1. 直流偏置及静态工作点的计算,(2)带源极电阻的NMOS共源极放大电路,(3)电流源偏置的NMOS共源极放大电路,问题：场效应管的静态点由哪些参数决定？,(1)简单的共源极放大电路（N沟道）,共源极放大电路,问题：如何画直流通路 和交流通路？,直流通路,共源极放大电路直流通路,求Q点,再假设工作在可变电阻区，即,解：,假设工作在饱和区，即,满足 假设成立，结果即为所求。,(2)带源极电阻的NMOS共源极放大电路,求Q点,需要验证是否满足,饱和区,(3)电流源偏置的NMOS共源极放大电路,电流源偏置,静态时，,求Q点,饱和区有：,2. 图解分析（交流分析),由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同,3. 小信号模型分析,（1）模型（微变等效电路）,（2）放大电路分析,共源极放大电路,3. 小信号模型分析,很大，可忽略,低频小信号模型,共源极放大电路,高频小信号模型,（1）模型（微变等效电路）,场效应管放大电路小结：,（1）场效应管放大器输入电阻大,（2）场效应管共源放大器（漏极输出）输入输出反相， 电压放大倍数大于1，,（3）场效应管共漏极放大器输入输出同相，电压放大 倍数小于1且约等于1；输出电阻小,例：设,求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,（1）估算各级静态工作点：,（2）动态分析,第一步 ：计算第二级的输入电阻,第二步 ：计算各级电压放大倍数,第三步 ：计算输入电阻、输出电阻,第四步 ：计算总电压放大倍数,饱和区,设,静态时求Vo,解：,（1）先求,假设工作在饱和区有：,假设工作在饱和区有：,截止区,所以：,5.5 各种放大器件电路性能比较,管脚对应 关系：,BJT FET,组态对应 关系：,BJT FET,E,S,C,D,B,G,CE,CS,CC,CD,CB,CG,电压增益：,输入电阻：,输出电阻：,放大电路如图所示，已知,试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。,画中频小信号等效电路,根据电路有：,由于：,则：,