场效应管放大电路和模拟集成电路

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,兴趣是最好的老师,5 场效应管放大电路,5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管,5.3 结型场效应管（JFET）,*5.4 砷化镓金属-半导体场效应管,5.5 各种放大器件电路性能比较,5.2 MOSFET放大电路,P沟道,耗尽型,P沟道,P沟道,N沟道,增强型,N沟道,N沟道,（耗尽型）,FET,场效应管,JFET,结型,MOSFET,绝缘栅型,(IGFET),场效应管的分类：,(电场效应，单极性管，电压控制电流),增强型,：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道,耗尽型,：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在,N沟道,P沟道,（耗尽型）,场效应管的符号：,N沟道MOSFET,耗尽型,增强型,P沟道MOSFET,N沟道JFET,工作原理,v,GS,对沟道的控制作用,当,v,GS,0时,（以N沟道JFET为例）,当沟道夹断时，对应的栅源电压,v,GS,称为,夹断电压,V,P,（ 或,V,GS(off),）。,对于N沟道的JFET，,V,P,0,。,PN结反偏,耗尽层加厚,沟道变窄。,v,GS,继续减小，沟道继续变窄。,2. 工作原理,（以N沟道JFET为例）,v,DS,对沟道的控制作用,当,v,GS,=0时，,v,DS,I,D,g、d间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。,当,v,DS,增加到使,v,GD,=,V,P,时，在紧靠漏极处出现预夹断。,此时,v,DS,夹断区延长,沟道电阻,I,D,基本不变,2. 工作原理,（以N沟道JFET为例）,v,GS,和,v,DS,同时作用时,当,V,P,v,GS,0 时，导电沟道更容易夹断，,对于同样的,v,DS,，,I,D,的值比,v,GS,=0时的值要小。,在预夹断处,v,GD,=,v,GS,-,v,DS,=,V,P,N沟道增强型MOSFET工作原理,（1）,v,GS,对沟道的控制作用,当,v,GS,0时,无导电沟道， d、s间加电压时，也无电流产生。,当0,v,GS,V,T,）时，,v,DS,I,D,沟道电位梯度,整个沟道呈,楔形分布,当,v,GS,一定（,v,GS,V,T,）时，,v,DS,I,D,沟道电位梯度,当,v,DS,增加到使,v,GD,=,V,T,时，在紧靠漏极处出现预夹断。,2. 工作原理,（2）,v,DS,对沟道的控制作用,在预夹断处：,v,GD,=,v,GS,-,v,DS,=,V,T,预夹断后，,v,DS,夹断区延长,沟道电阻,I,D,基本不变,2. 工作原理,（2）,v,DS,对沟道的控制作用,2. 工作原理,（3）,v,DS,和,v,GS,同时作用时,v,DS,一定，,v,GS,变化时,给定一个,v,GS,，就有一条不同的,i,D,v,DS,曲线。,3.,V,-,I,特性曲线及大信号特性方程, 截止区,当,v,GS,V,T,时，导电沟道尚未形成，,i,D,0，为截止工作状态。, 可变电阻区,v,DS,（,v,GS,V,T,）, 饱和区,（恒流区又称放大区）,v,GS,V,T,，且,v,DS,（,v,GS,V,T,）,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,5.2.1 MOSFET放大电路,1. 直流偏置及静态工作点的计算,（1）简单的共源极放大电路,（N沟道）,直流通路,共源极放大电路,5.2.1 MOSFET放大电路,1. 直流偏置及静态工作点的计算,（1）简单的共源极放大电路,（N沟道）,假设工作在饱和区，即,验证是否满足,如果不满足，则说明假设错误,须满足,V,GS,V,T,，否则工作在截止区,再假设工作在可变电阻区,即,5.2.1 MOSFET放大电路,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,饱和区,需要验证是否满足,5.2.1 MOSFET放大电路,3. 小信号模型分析,（1）模型,6 模拟集成电路,6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术,6.3 差分式放大电路的传输特性,6.4 集成电路运算放大器,6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应,用电路的影响,6.2 差分式放大电路,6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术,6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术,6.1.1 BJT电流源电路,1. 镜像电流源,2. 微电流源,6.1.1 BJT电流源电路,1. 镜像电流源,T,1,、T,2,的参数全同,即,1,2,，,I,CEO1,I,CEO2,当,BJT,的,较大时，基极电流,I,B,可以忽略,I,o,I,C2,I,REF,代表符号,6.1.1 BJT电流源电路,2. 微电流源,由于,很小，,所以,I,C2,也很小。,6.2 差分式放大电路,6.2.1 差分式放大电路的一般结构,6.2.2 射极耦合差分式放大电路,6.2.3 源极耦合差分式放大电路,6.2.1 差分式放大电路的一般结构,1. 用三端器件组成的差分式放大电路,对差模信号无影响,2. 有关概念,差模信号,共模信号,差模电压增益,共模电压增益,总输出电压,其中,差模信号产生的输出,共模信号产生的输出,共模抑制比,反映抑制零漂能力的指标,6.2.1 差分式放大电路的一般结构,2. 有关概念,根据,有,共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分,差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分,两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。,6.2.1 差分式放大电路的一般结构,u,I2,6.2.2 射极耦合差分式放大电路,1. 电路组成及工作原理,6.2.2 射极耦合差分式放大电路,1. 电路组成及工作原理,静态,动态,仅输入差模信号，,大小相等，相位相反。,大小相等，,信号被放大。,相位相反。,1. 电路组成及工作原理,2. 抑制零点漂移原理,温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化。且变化趋势是相同的，,其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。,3. 主要指标计算,（1）差模情况,接入负载时,以双倍的元器件换取抑制零漂的能力, 双入、双出,3. 主要指标计算,（1）差模情况, 双入、单出,接入负载时,3. 主要指标计算,（1）差模情况, 单端输入,等效于双端输入,指标计算与双端输入相同。,共模输入电压,差模输入电压,3. 主要指标计算,（1）差模情况, 单端输入,3. 主要指标计算,（2）共模情况, 双端输出,共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。,所以,共模增益, 单端输出,抑制零漂能力增强,3. 主要指标计算,（2）共模情况,（3）共模抑制比,双端输出，理想情况,单端输出,抑制零漂能力,越强,单端输出时的总输出电压,