模拟电路CH05第五版

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,*,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,）,5.2 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),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,场效应管的分类：,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,t,ox,：,绝缘层厚度,通常,W,L,5.1.1 N,沟道增强型,MOSFET,剖面图,1.,结构,（,N,沟道）,符号,5.1.1 N,沟道增强型,MOSFET,2.,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,v,GS,0,时,产生电场,当,v,GS,V,T,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。,v,GS,越大，导电沟道越厚,V,T,称为开启电压,2.,工作原理,（,2,）,v,DS,对沟道的控制作用,靠近漏极,d,处的电位升高,电场强度减小,沟道变薄,当,v,GS,一定（,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,（,1,）输出特性及大信号特性方程, 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。,3.,V,-,I,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, 可变电阻区,v,DS,（,v,GS,V,T,）,由于,v,DS,较小,，可,近似为,r,dso,是,一个受,v,GS,控制的可变电阻,3.,V,-,I,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, 可变电阻区,n,：,反型层中电子迁移率,C,ox,：,栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容,本征电导因子,其中,K,n,为电导常数,，,单位：,mA/V,2,3.,V,-,I,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, 饱和区,（恒流区又称放大区）,v,GS,V,T,，且,v,DS,（,v,GS,V,T,）,是,v,GS,2,V,T,时的,i,D,V,-,I,特性：,3.,V,-,I,特性曲线及大信号特性方程,（,2,）转移特性,5.1.2 N,沟道耗尽型,MOSFET,1.,结构和工作原理,（,N,沟道）,二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子,可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流,5.1.2 N,沟道耗尽型,MOSFET,2.,V,-,I,特性曲线及大信号特性方程,（,N,沟道增强型）,5.1.3 P,沟道,MOSFET,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,L,的单位为,m,当不考虑沟道调制效应时，,0,，曲线是平坦的。,修正后,5.1.5 MOSFET,的主要参数,一、直流参数,1.,开启电压,V,T,（,增强型参数）,2.,夹断电压,V,P,（,耗尽型参数）,3.,饱和漏电流,I,DSS,（,耗尽型参数）,4.,直流输入电阻,R,GS,（,10,9,10,15,）,二、交流参数,1.,输出电阻,r,ds,5.1.5 MOSFET,的主要参数,2.,低频互导,g,m,二、交流参数,考虑到,则,其中,5.1.5 MOSFET,的主要参数,三、极限参数,1.,最大漏极电流,I,DM,2.,最大耗散功率,P,DM,3.,最大漏源电压,V,（,BR,）,DS,4.,最大栅源电压,V,（,BR,）,GS,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,假设工作在饱和区,满足,假设成立，结果即为所求。,解：,例：,设,R,g1,=60k,，,R,g2,=40k,，,R,d,=15k,，,试计算电路的静态漏极电流,I,DQ,和漏源电压,V,DSQ,。,V,DD,=5V，,V,T,=1V，,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,1.,直流偏置及静态工作点的计算,静态时，,v,I,0,，,V,G,0,，,I,D,I,电流源偏置,V,S,V,G,V,GS,（饱和区）,5.2.1 MOSFET,放大电路,2.,图解分析,由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同,5.2.1 MOSFET,放大电路,3.,小信号模型分析,（,1,）,模型,静态值,（直流）,动态值,（交流）,非线性失真项,当,，,v,gs, 2(,V,GSQ,-,V,T,),时，,5.2.1 MOSFET,放大电路,3.,小信号模型分析,（,1,）,模型,0,时,高频小信号模型,3.,小信号模型分析,解：例,5.2.2,的直流分析已求得：,（,2,）放大电路分析,（例,5.2.5,）,s,3.,小信号模型分析,（,2,）放大电路分析,（例,5.2.5,）,s,3.,小信号模型分析,（,2,）放大电路分析,（例,5.2.6,）,共漏,3.,小信号模型分析,（,2,）放大电路分析,5.3,结型场效应管,5.3.1 JFET,的结构和工作原理,5.3.2 JFET,的特性曲线及参数,5.3.3 JFET,放大电路的小信号模型分析法,5.3.1 JFET,的结构和工作原理,1.,结构,2.,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,综上分析可知,沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管,。,JFET,是电压控制电流器件，,i,D,受,v,GS,控制。,预夹断前,i,D,与,v,DS,呈,近似线性关系；预夹断后，,i,D,趋于,饱和。,#,为什么,JFET,的输入电阻比,BJT,高得多？,JFET,栅极与沟道间的,PN,结是反向偏置的，因 此,i,G,0,，,输入电阻很高。,5.3.2 JFET,的特性曲线及参数,2.,转移特性,1.,输出特性,与,MOSFET,类似,3.,主要参数,5.3.2 JFET,的特性曲线及参数,5.3.2 FET,放大电路的小信号模型分析法,1. FET,小信号模型,（,1,）低频模型,（,2,）高频模型,2.,动态指标分析,（,1,）中频小信号模型,2.,动态指标分析,（,2,）中频电压增益,（,3,）输入电阻,（,4,）输出电阻,忽略,r,ds,，,由输入输出回路得,则,