模拟电子第五版康光华第五章场效应管放大电路.ppt

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1、电子技术基础,主讲：孙 静,模拟部分,第13讲,电气信息学院电工电子基础教研室,5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管,5.2 MOSFET放大电路,第五章 场效应管放大电路,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,学习指导,第五章 场效应管放大电路,场效应管：通过改变外加电压产生的电场强度-控制其导电能力。优点：体积小、重量轻、耗电少、寿命长，还具有输入电阻高、热稳定性好、噪声低、便于集成等特点。在大规模集成电路中广泛应用。分类：根据结构不同,可分为结型场效应管(JFET)、绝缘栅型场效应管(IGFET)。,第五章 场

2、效应管放大电路,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,5.1.5 MOSFET的主要参数,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,1.结构（N沟道）,第五章 场效应管放大电路,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,L：沟道长度,W：沟道宽度,tox：绝缘层厚度,通常 W L,1.结构（N沟道）,第五章 场效应管放大电路,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,符号,剖面图,2.工作原理,第五章 场效应管放大电路,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,（1）VGS对沟道的控制作用,当vGS0

3、时,无导电沟道，d、s间加电压时，总有一个PN结反偏，无电流产生。,产生电场，但未形成导电沟道（感生沟道），d、s间加电压后，没有电流产生。,当vGS VT 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。,vGS越大，导电沟道越厚。,VT 称为开启电压,当0vGS VT 时（电场吸引电子）,2.工作原理,第五章 场效应管放大电路,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,（2）VDS对沟道的控制作用,当v GS一定（v GS VT）时，,ID,沟道电位梯度,靠近漏极d处的电位升高,沟道变薄,电场强度减小,整个沟道呈楔形分布,2.工作原理,第五章 场效应管放大电路,5.1.1 N沟道

4、增强型MOSFET,（2）VDS对沟道的控制作用,当v GS一定（v GS VT）时，,v DS,ID,沟道电位梯度,当v DS增加到使v GD=VT 时，在紧靠漏极处出现预夹断。,在预夹断处：v GD=vGS-vDS=VT,2.工作原理,第五章 场效应管放大电路,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,（2）VDS对沟道的控制作用,预夹断后，v DS,夹断区延长,沟道电阻,ID基本不变,2.工作原理,第五章 场效应管放大电路,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,（3）vDS和vGS同时作用时,vDS一定，vGS变化时，给定一个vGS，就有一条不同的ID vDS 曲线。,3.V-I 特性曲线及

5、特性方程,第五章 场效应管放大电路,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,（1）输出特性及特性方程,1）截止区 当v GSVT时，导电沟道尚未形成，I D0，为截止工作状态。,3.V-I 特性曲线及特性方程,第五章 场效应管放大电路,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,（1）输出特性及特性方程,2）可变电阻区 vDS（vGSVT）,由于vDS较小，可近似为：,R dso是一个受 vGS控制的可变电阻,3.V-I 特性曲线及特性方程,第五章 场效应管放大电路,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,（1）输出特性及特性方程,2）可变电阻区,其中,Kn为电导常数，单位：mA/V2,受,控制的可变电

6、阻,3.V-I 特性曲线及特性方程,第五章 场效应管放大电路,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,（1）输出特性及特性方程,3）饱和区（恒流区又称放大区）,v GS VT，且v DS（v GSVT）,是v GS2VT时的iD,3.V-I 特性曲线及特性方程,第五章 场效应管放大电路,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,（2）转移特性,1.结构和工作原理（N沟道）,第五章 场效应管放大电路,5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET,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,2.V-I 特性曲线及大信号特性方程,第五章 场效应管放大电路,5.1.2 N沟道耗

7、尽型MOSFET,（N沟道增强型）,第五章 场效应管放大电路,5.1.3 P沟道MOSFET,第五章 场效应管放大电路,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,第五章 场效应管放大电路,5.1.5 MOSFET的主要参数,一、直流参数,NMOS增强型,1.开启电压VT（增强型参数）,2.夹断电压VP（耗尽型参数）,3.饱和漏电流IDSS（耗尽型参数）,4.直流输入电阻RGS（1091015）,二、交流参数,1.输出电阻rds,当不考虑沟道调制效应时，0，r ds,第五章 场效应管放大电路,5.1.5 MOS

8、FET的主要参数,二、交流参数,2.低频互导gm,考虑到,则,其中,第五章 场效应管放大电路,5.1.5 MOSFET的主要参数,三、极限参数,1.最大漏极电流ID M,2.最大耗散功率PD M,3.最大漏源电压V（BR）DS,4.最大栅源电压V（BR）GS,第五章 场效应管放大电路,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,第五章 场效应管放大电路,5.3.1 JFET的结构和工作原理,1.结构,第五章 场效应管放大电路,5.3.1 JFET的结构和工作原理,2.工作原理（以N沟道JFET

9、为例）,（1）vGS对沟道的控制作用,当vGS0时,当沟道夹断时，对应的栅源电压vGS称为夹断电压VP（或VGS(off)）。,对于N沟道的JFET，VP 0。,PN结反偏、耗尽层加厚、沟道变窄。,vGS继续减小，沟道继续变窄。,第五章 场效应管放大电路,5.3.1 JFET的结构和工作原理,2.工作原理（以N沟道JFET为例）,（2）vDS对沟道的控制作用,当vGS=0时，,vDS,ID,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vDS增加到使vGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。,此时vDS,夹断区延长,沟道电阻,ID基本不变,第五章 场

10、效应管放大电路,5.3.1 JFET的结构和工作原理,2.工作原理（以N沟道JFET为例）,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，iD受vGS控制。,预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。,JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此iG0，输入电阻很高。,第五章 场效应管放大电路,5.3.2 JFET的特性曲线及参数,2.转移特性,1.输出特性,电子技术基础,主讲：孙 静,模拟部分,第14讲,第五章 场效应管放大电路,5.2 MOSFET放大电路,5.2.1 MOSFET放大电路,1.直流偏

11、置及静态工作点的计算,2.图解分析,3.小信号模型分析,学习方法：与BJT的分析方法对照学习,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）,第五章 场效应管放大电路,5.2.1 MOSFET放大电路,直流通路,共源极放大电路,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）,第五章 场效应管放大电路,5.2.1 MOSFET放大电路,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VGS VT，否则工作在截止区,再假设工作在可变电阻区,即,2.图解分析,第五章 场效应管放大电路,5.2.1 MOSFET放大电路,由于负载开路，交

12、流负载线与直流负载线相同。,3.小信号模型分析,第五章 场效应管放大电路,5.2.1 MOSFET放大电路,（1）模型,静态值（直流）,动态值（交流）,非线性失真项,当，v gs 2(VGSQ-VT)时，,3.小信号模型分析,第五章 场效应管放大电路,5.2.1 MOSFET放大电路,（1）模型,=0时,3.小信号模型分析,第五章 场效应管放大电路,5.2.1 MOSFET放大电路,（2）放大电路分析（例5.2.5 P218）,s,解：例的直流分析已求得：,3.小信号模型分析,第五章 场效应管放大电路,5.2.1 MOSFET放大电路,（2）放大电路分析（例5.2.5 P218）,第五章 场效

13、应管放大电路,*5.4 砷化镓金属-半导体场效应管,本节不做教学要求，有兴趣者自学,第五章 场效应管放大电路,5.5 各种放大器件电路性能比较 P240,第五章 场效应管放大电路,5.5 各种放大器件电路性能比较,组态对应关系：,CE,BJT,FET,CS,CC,CD,CB,CG,电压增益：,BJT,FET,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,第五章 场效应管放大电路,5.5 各种放大器件电路性能比较,输出电阻：,输入电阻：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,下次课内容：第六章 模拟集成电路,本次课作业（P251）：,第十四次课作业,第五章 场效应管放大电路,