場(chǎng)效應(yīng)管放大電路55

1、5.1 金屬金屬- -氧化物氧化物- -半導(dǎo)體（半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管）場(chǎng)效應(yīng)管5.3 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）*5.4 砷化鎵金屬砷化鎵金屬- -半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管5.5 各種放大器件電路性能比較各種放大器件電路性能比較5.2 MOSFET放大電路放大電路5.1 金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體（半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管）場(chǎng)效應(yīng)管5.1.1 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET5.1.5 MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù)5.1.2 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET5.1.3 P溝道溝道MOSFET5.1.4 溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)P溝道耗盡型P溝道P溝道N溝

2、道增強(qiáng)型N溝道N溝道（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管JFET(結(jié)型)MOSFET(絕緣柵型)耗盡型耗盡型：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在增強(qiáng)型增強(qiáng)型：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道場(chǎng)效應(yīng)管的分類參見(jiàn)場(chǎng)效應(yīng)管的分類參見(jiàn)P1995.1.1 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（N溝道）溝道）L ：溝道長(zhǎng)度：溝道長(zhǎng)度W ：溝道寬度：溝道寬度tox ：絕緣層厚度：絕緣層厚度通常通常 W L 5.1.1 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖剖面圖1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（N溝道）溝道）符號(hào)符號(hào)5.1.1

3、 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET2. 工作原理工作原理（1）vGS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)vGSGS=0=0時(shí)時(shí) 無(wú)導(dǎo)電溝道，無(wú)導(dǎo)電溝道， d、s間加電壓時(shí)，無(wú)論間加電壓時(shí)，無(wú)論極性如何，也無(wú)電流產(chǎn)生。極性如何，也無(wú)電流產(chǎn)生。當(dāng)當(dāng)vGSGSV VT T 時(shí)時(shí) 在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生導(dǎo)電（感生）溝道，在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生導(dǎo)電（感生）溝道，d、s間加間加電壓后，將有電流產(chǎn)生，電壓后，將有電流產(chǎn)生，vGSGS越大，導(dǎo)電溝道越厚。越大，導(dǎo)電溝道越厚。(動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)2-4）2. 工作原理工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用靠近漏極靠近漏極d d處的電位升高處的電位升高電場(chǎng)強(qiáng)度減小電場(chǎng)強(qiáng)

4、度減小溝道變薄溝道變薄當(dāng)當(dāng)vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T ）時(shí)，）時(shí)，在電場(chǎng)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 。vDSDS iD D 溝道電位梯度溝道電位梯度 整個(gè)溝道呈整個(gè)溝道呈楔形分布楔形分布 當(dāng)當(dāng)vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T ）時(shí)，）時(shí)，vDSDS iD D 溝道電位梯度溝道電位梯度 當(dāng)當(dāng)vDSDS增加到使增加到使vGDGD= =V VT T 時(shí)，在緊靠漏時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。2. 工作原理工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用在預(yù)夾斷處：在預(yù)夾斷處：vGDGD= =vGSGS- -

5、vDS DS = =V VT T預(yù)夾斷后，預(yù)夾斷后，vDSDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng)夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻溝道電阻 iD D基本不變基本不變2. 工作原理工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用(動(dòng)畫(huà)2-5)2. 工作原理工作原理（3） vDS和和vGS同時(shí)作用時(shí)同時(shí)作用時(shí)vDSDS一定，一定，vGSGS變化時(shí)變化時(shí)給定一個(gè)給定一個(gè)vGS GS ，就有一條不同的，就有一條不同的 iD D vDS DS 曲曲線。線。3. V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程）輸出特性及大信號(hào)特性方程 截止區(qū)截止區(qū)當(dāng)當(dāng)vGSVT時(shí)，導(dǎo)電溝道尚未形成，時(shí)，導(dǎo)電溝道尚未

6、形成，iD0，為截止工作狀態(tài)。，為截止工作狀態(tài)。3. V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程）輸出特性及大信號(hào)特性方程const.DSDGS)( vvfi 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) vDS（vGSVT） )(22DSDSTGSnDvvv VKi由于由于vDS較小，可近似為較小，可近似為DSTGSnD )(vvVKi 2常常數(shù)數(shù) GSDDSdsoddvvir)(TGSnVK v21rdso是一個(gè)受是一個(gè)受vGS控制的可變電阻控制的可變電阻 3. V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程）輸出特性及大信號(hào)特性

7、方程Kn為電導(dǎo)常數(shù)，單位：為電導(dǎo)常數(shù)，單位：mA/VmA/V2 2P2033. V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程）輸出特性及大信號(hào)特性方程 飽和區(qū)飽和區(qū)（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）vGS GS VT ，且，且vDSDS（v vGSGSVT）2TnDOVKI 是是vGSGS2 2VT時(shí)的時(shí)的iD D V V- -I I 特性：特性：3. V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程（2）轉(zhuǎn)移特性）轉(zhuǎn)移特性P2045.1.2 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET1. 結(jié)構(gòu)和工作原理簡(jiǎn)述結(jié)構(gòu)和工作原理簡(jiǎn)述（N溝道）溝道）二氧

8、化硅絕緣層中摻有大量的正離子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(wú)柵流可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無(wú)柵流. .5.1.2 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET2.V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程參見(jiàn)參見(jiàn)P206 21)(TGSDOD VIiv（N N溝道增強(qiáng)型）溝道增強(qiáng)型）（N溝道耗盡型）5.1.3 P溝道溝道MOSFETP參見(jiàn)參見(jiàn)2065.1.4 溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)P207實(shí)際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的實(shí)際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的L的單位為的單位為 m當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)， 0

9、0，曲線是平坦的。，曲線是平坦的。 修正后修正后5.1.5 MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù)P208一、直流參數(shù)一、直流參數(shù)NMOSNMOS增強(qiáng)型增強(qiáng)型: :1. 1. 開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓V VT T （增強(qiáng)型參數(shù)）（增強(qiáng)型參數(shù)）2. 2. 夾斷電壓夾斷電壓V VP P （耗盡型參數(shù)）（耗盡型參數(shù)）3. 3. 飽和漏電流飽和漏電流I IDSSDSS （耗盡型參數(shù)）（耗盡型參數(shù)）4. 4. 直流輸入電阻直流輸入電阻R RGSGS （10109 910101515 ）二、交流參數(shù)二、交流參數(shù) 1. 1. 輸出電阻輸出電阻r rds:ds: 當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)， 0 0，r

10、dsds 5.1.5 MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù)二、交流參數(shù)二、交流參數(shù) 5.1.5 MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù)end三、極限參數(shù)三、極限參數(shù) 1. 1. 最大漏極電流最大漏極電流I IDMDM 2. 2. 最大耗散功率最大耗散功率P PDMDM 3. 3. 最大漏源電壓最大漏源電壓V V（BRBR）DSDS 4. 4. 最大柵源電壓最大柵源電壓V V（BRBR）GSGS 5.2 MOSFET放大電路放大電路5.2.1 MOSFET放大電路放大電路1. 直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算2. 圖解分析圖解分析3. 小信號(hào)模型分析小信號(hào)模型分析*5.2.2 帶帶PM

11、OS負(fù)載的負(fù)載的NMOS放大電路放大電路5.2.1 MOSFET放大電路放大電路1. 直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（1）簡(jiǎn)單的共源極放大電路）簡(jiǎn)單的共源極放大電路（N溝道）溝道）共源極放大電路共源極放大電路直流通路直流通路5.2.1 MOSFET放大電路放大電路1. 直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（1）簡(jiǎn)單的共源極放大電路）簡(jiǎn)單的共源極放大電路（N溝道）溝道）假設(shè)成立，結(jié)果即為所求。假設(shè)成立，結(jié)果即為所求。例：例： 設(shè)設(shè)Rg1=60k ，Rg2=40k ，Rd=15k ，試計(jì)算電路的靜態(tài)漏極電流試計(jì)算電路的靜態(tài)漏極電流IDQ和漏源電壓和漏源電壓VD

12、SQ 。VDD=5V， VT=1V，5.2.1 MOSFET放大電路放大電路1. 直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（2）帶源極電阻）帶源極電阻R的的NMOS共源極放大電路共源極放大電路5.2.1 MOSFET放大電路放大電路1. 直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算靜態(tài)時(shí)，靜態(tài)時(shí)，vI0 0，VG 0 0，ID I電流源偏置電流源偏置 VS VG VGS 3、電流源偏置VDSQ VDQ VS 5.2.1 MOSFET放大電路放大電路2. 圖解分析參見(jiàn)圖解分析參見(jiàn)P215 注意：注意：由于負(fù)載開(kāi)路，交流負(fù)載由于負(fù)載開(kāi)路，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線相同，所以用線與直

13、流負(fù)載線相同，所以用直流負(fù)載線代替交流負(fù)載線5.2.1 MOSFET放大電路放大電路3. 小信號(hào)模型分析小信號(hào)模型分析（1）模型）模型5.2.1 MOSFET放大電路放大電路3. 小信號(hào)模型分析小信號(hào)模型分析（1）模型）模型DQDIi gsmvg dDQiI gsmdvgi =0=0時(shí)低頻小信號(hào)模型時(shí)低頻小信號(hào)模型0 0時(shí)時(shí)低頻小信號(hào)模型高頻小信號(hào)模型高頻小信號(hào)模型參見(jiàn)P2173. 小信號(hào)模型分析小信號(hào)模型分析解：例解：例5.2.25.2.2的直流分析已求得：的直流分析已求得： （2）放大電路分析）放大電路分析（例（例5.2.5）s3. 小信號(hào)模型分析小信號(hào)模型分析（2）放大電路分析）放大電路

14、分析（例（例5.2.5）s3. 小信號(hào)模型分析小信號(hào)模型分析（2）放大電路分析（例）放大電路分析（例5.2.6）共漏放大電路共漏放大電路參見(jiàn)P219解：3. 小信號(hào)模型分析小信號(hào)模型分析（2）放大電路分析）放大電路分析 P220*5.2.2 帶帶PMOS負(fù)載的負(fù)載的NMOS放大電路放大電路本小節(jié)不作教學(xué)要求，有興趣者自學(xué)本小節(jié)不作教學(xué)要求，有興趣者自學(xué)end5.3 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 5.3.1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲線及參數(shù)的特性曲線及參數(shù) 5.3.3 JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法放大電路的小信號(hào)模型分析法 5.3.1 JFET的結(jié)

15、構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) (動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)2-8）2. 工作原理工作原理 vGS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用當(dāng)vGS0時(shí)（以（以N溝道溝道JFET為例）為例） 當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源電壓vGS稱為夾斷電壓VP （ 或VGS(off) ）。對(duì)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。2. 工作原理工作原理（以（以N溝道溝道JFET為例）為例） vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用當(dāng)vGS=0時(shí)，vDS iD g、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(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)vDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻 iD基本不變2. 工作原理工作原理（以（以N溝道溝道JFET為例）為例） vGS和和vDS同時(shí)作用時(shí)同時(shí)作用時(shí)當(dāng)VP vGS VT ，且，且vDSDS（v vGSGSVT）2TnDOVKI 是是vGSGS2 2VT時(shí)的時(shí)的iD D V V- -I I 特性：特性：5