(模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件)4場效應(yīng)管及其放大電路

(模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件)4.場效應(yīng)管及其放大電路(模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件)4.場效應(yīng)管及其放大電路場效應(yīng)管的分類：P溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強(qiáng)型N溝道N溝道（耗盡型）FieldEffectTransistorFET場效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)耗盡型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，就有導(dǎo)電溝道存在增強(qiáng)型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，沒有導(dǎo)電溝道場效應(yīng)管的分類：P溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強(qiáng)型N溝道N4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（M1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)L：溝道長度W：溝道寬度tox

：絕緣層厚度通常W>L1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)L：溝道長度W1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖符號1.結(jié)構(gòu)其中:D(Drain)為漏極,相當(dāng)于c；

G(Gate)為柵極，相當(dāng)于b；

S(Source)為源極,相當(dāng)于e。1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖符號1.結(jié)構(gòu)其中:1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（1）VGS對溝道的控制作用當(dāng)VGS≤0時

無導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓時，也無電流產(chǎn)生。2.工作原理1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（1）VGS對溝道的控制作1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（1）VGS對溝道的控制作用當(dāng)0

<VGS<VTN時

產(chǎn)生電場，但未形成導(dǎo)電溝道（反型層），d、s間加電壓后，沒有電流產(chǎn)生。2.工作原理

當(dāng)柵極加有電壓時，若0＜VGS＜VTN

時，通過柵極和襯底間的電容作用，將靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體中的空穴向下方排斥，出現(xiàn)了一薄層負(fù)離子的耗盡層。耗盡層中的少子將向表層運動，但數(shù)量有限，不足以形成溝道，將漏極和源極溝通，所以不可能形成漏極電流ID。1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（1）VGS對溝道的控制作1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET當(dāng)VGS>VTN時

在電場作用下產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓后，將有電流產(chǎn)生。

VGS越大，導(dǎo)電溝道越厚VTN稱為N溝道增強(qiáng)型MOSFET開啟電壓（1）VGS對溝道的控制作用2.工作原理在VGS=0V時ID=0，只有當(dāng)VGS＞VTN后才會出現(xiàn)漏極電流，必須依靠柵極外加電壓才能產(chǎn)生反型層的MOSFET稱為增強(qiáng)型器件1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET當(dāng)VGS>VTN時2.工作原理（2）VDS對溝道的控制作用靠近漏極d處的電位升高電場強(qiáng)度減小溝道變薄當(dāng)VGS一定（VGS>VTN）時，VDSID溝道電位梯度整個溝道呈楔形分布1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET2.工作原理（2）VDS對溝道的控制作用靠近漏極d處的電

當(dāng)VDS增加到使VGD=VTN時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。在預(yù)夾斷處：VGD=VGS-VDS=VT（2）VDS對溝道的控制作用當(dāng)VGS一定（VGS>VTN）時，VDSID溝道電位梯度2.工作原理1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET當(dāng)VDS增加到使VGD=VTN時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷后，VDS夾斷區(qū)延長溝道電阻ID基本不變（2）VDS對溝道的控制作用2.工作原理1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET預(yù)夾斷后，VDS夾斷區(qū)延長溝道電阻ID基本不變（2（3）VDS和VGS同時作用時

VDS一定，VGS變化時

給定一個vGS，就有一條不同的iD–

vDS曲線。2.工作原理1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（3）VDS和VGS同時作用時VDS一定，VGS變化時以上分析可知溝道中只有一種類型的載流子參與導(dǎo)電，所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。MOSFET是電壓控制電流器件（VCCS），iD受vGS控制。預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。#

為什么MOSFET的輸入電阻比BJT高得多？MOSFET的柵極是絕緣的，所以iG0，輸入電阻很高。只有當(dāng)vGS>VTN時，增強(qiáng)型MOSFET的d、s間才能導(dǎo)通。以上分析可知溝道中只有一種類型的載流子參與導(dǎo)電，所以場效應(yīng)管3.V-I

特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程①截止區(qū)當(dāng)vGS＜VTN時，導(dǎo)電溝道尚未形成，iD＝0，為截止工作狀態(tài)。1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET3.V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號②可變電阻區(qū)

vDS<（vGS－VTN）由于vDS較小，可近似為rdso是一個受vGS控制的可變電阻（1）輸出特性及大信號特性方程3.V-I

特性曲線及大信號特性方程1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET②可變電阻區(qū)由于vDS較小，可近似為rdso是一個受vGS②可變電阻區(qū)

n：反型層中電子遷移率Cox：柵極（與襯底間）氧化層單位面積電容本征電導(dǎo)因子其中Kn為電導(dǎo)常數(shù)，單位：mA/V2（1）輸出特性及大信號特性方程3.V-I特性曲線及大信號特性方程1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET②可變電阻區(qū)n：反型層中電子遷移率本征電導(dǎo)③飽和區(qū)（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）vGS>VT

，且vDS≥（vGS－VTN）是vGS＝2VTN時的iDV-I特性：（1）輸出特性及大信號特性方程

必須讓FET工作在飽和區(qū)（放大區(qū)）才有放大作用。3.V-I

特性曲線及大信號特性方程1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET③飽和區(qū)vGS>VT，且vDS≥（vGS－VTN）是v（2）轉(zhuǎn)移特性#

為什么不談輸入特性？ABCD在飽和區(qū)，iD受vGS控制3.V-I

特性曲線及大信號特性方程1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（2）轉(zhuǎn)移特性#為什么不談輸入特性？ABCD在飽和區(qū)，iD1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子，已存在導(dǎo)電溝道可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理二氧化1.2N溝道耗盡型MOSFET（N溝道增強(qiáng)型）IDSS

2.V-I

特性曲線及大信號特性方程1.2N溝道耗盡型MOSFET（N溝道增強(qiáng)型）IDSS1.3P溝道MOSFET#

襯底是什么類型的半導(dǎo)體材料？#

哪個符號是增強(qiáng)型的？#

在增強(qiáng)型的P溝道MOSFET中，vGS應(yīng)加什么極性的電壓才能工作在飽和區(qū)（線性放大區(qū)）？1.3P溝道MOSFET#襯底是什么類型的半導(dǎo)體材料？1.3P溝道MOSFET#

是增強(qiáng)型還是耗盡型特性曲線？#

耗盡型特性曲線是怎樣的？vGS加什么極性的電壓能使管子工作在飽和區(qū)（線性放大區(qū)）？電流均以流入漏極的方向為正！1.3P溝道MOSFET#是增強(qiáng)型還是耗盡型特性曲線？1.4溝道長度調(diào)制效應(yīng)不做教學(xué)要求溝道長度調(diào)制參數(shù)實際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的（N溝道為例）L的單位為m當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時，＝0，曲線是平坦的。

修正后1.4溝道長度調(diào)制效應(yīng)不做教學(xué)要求溝道長度調(diào)制參數(shù)實際上1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)1.開啟電壓VTN

（增強(qiáng)型參數(shù)）2.夾斷電壓VPN

（耗盡型參數(shù)）1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)1.開啟電壓V1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)3.飽和漏電流IDSS

（耗盡型參數(shù)）4.直流輸入電阻RGS

（109Ω～1015Ω

）1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)3.飽和漏電流1.5MOSFET的主要參數(shù)所以1.輸出電阻rds

當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時，＝0，rds→∞

實際中，rds一般在幾十千歐到幾百千歐之間。二、交流參數(shù)對于增強(qiáng)型NMOS管有1.5MOSFET的主要參數(shù)所以1.輸出電阻rds當(dāng)1.5MOSFET的主要參數(shù)2.低頻互導(dǎo)gm

反映了柵源電壓對漏極電流的控制能力二、交流參數(shù)則其中又因為所以NMOS增強(qiáng)型1.5MOSFET的主要參數(shù)2.低頻互導(dǎo)gm二、1.5MOSFET的主要參數(shù)三、極限參數(shù)1.最大漏極電流IDM

2.最大耗散功率PDM

3.最大漏源電壓V（BR）DS

4.最大柵源電壓V（BR）GS

1.5MOSFET的主要參數(shù)三、極限參數(shù)1.最大漏極4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（M4.2MOSFET基本共源極放大電路4.2.1基本共源極放大電路的組成4.2.2基本共源放大電路的工作原理4.2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法4.2MOSFET基本共源極放大電路4.2.1基本2.1基本共源極放大電路的組成1.如何讓MOS管工作在飽和區(qū)？元件作用VGG：提供柵源電壓使vGS>

VTNVDD和Rd：

提供合適的漏源電壓，使

vDS>

vGS

-

VTNRd還兼有將電流轉(zhuǎn)換成電壓的作用（VGG

>>vi）通常稱VGG和VDD為MOS管的工作電源，vi為信號。2.1基本共源極放大電路的組成1.如何讓MOS管工作在2.1基本共源極放大電路的組成2.信號如何通過MOS管傳遞？vi

信號由柵源回路輸入、漏源回路輸出，即源極是公共端，所以稱此電路為共源電路。也可看作信號由柵極輸入、漏極輸出。vGSiDvDS(=vo)飽和區(qū)由MOS管的控制關(guān)系決定由可獲得信號電壓增益（VGG

>>vi）2.1基本共源極放大電路的組成2.信號如何通過MOS管2.2基本共源放大電路的工作原理1.放大電路的靜態(tài)和動態(tài)

靜態(tài)：輸入信號為零（vi=0或ii=0）時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。

動態(tài)：輸入信號不為零時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。

此時，F(xiàn)ET的直流量ID、VGS、VDS，在輸出特性曲線上表示為一個確定的點，習(xí)慣上稱該點為靜態(tài)工作點Q。常將上述三個電量寫成IDQ、VGSQ和VDSQ。2.2基本共源放大電路的工作原理1.放大電路的靜態(tài)和動2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路和交流通路僅有直流電流流經(jīng)的通路為直流通路2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路和交流通路直流電壓源內(nèi)阻為零，交流電流流經(jīng)直流電壓源時不產(chǎn)生任何交流壓降，故直流電壓源對交流相當(dāng)于短路僅有直流電流流經(jīng)的通路為直流通路2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路和交流通路僅有交流電流流經(jīng)的通路為交流通路直流電壓源對交流相當(dāng)于短路2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)工作點估算直流通路假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，則VGSQ=VGGVDSQ=VDD-

IDQRd

當(dāng)已知VGG、VDD、VTN、Kn、和Rd時，便可求得Q點（VGSQ、IDQ、VDSQ）。必須檢驗是否滿足飽和區(qū)工作條件：VDSQ>

VGSQ

-

VTN>

0。若不滿足，則說明工作在可變電阻區(qū)，此時漏極電流為注意：電路結(jié)構(gòu)不同，除FET特性方程外，其它電路方程將有差別2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)工作例題假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，根據(jù)VGSQ=VGGVDSQ=VDD-

IDQRd已知VGG=2V，VDD=5V，VTN=1V，Kn=0.2mA/V2，Rd=12k，求Q點。求得：

VGSQ=2V，IDQ=0.2mA，VDSQ=2.6V滿足飽和區(qū)工作條件：

VDSQ>

VGSQ

-

VT>

0，結(jié)果即為所求。解：例題假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，根據(jù)VGSQ=VGGVD2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)工作點估算飽和區(qū)的條件：VGSQ>VTN,

IDQ>0

，

VDSQ>VGSQ-

VTN增強(qiáng)型NMOS管假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，利用計算Q點。若：VGSQ<VTN,NMOS管截止。若：

VDSQ<VGSQ-

VTN，NMOS管可能工作在可變電阻區(qū)。如果初始假設(shè)是錯誤的，則必須作出新的假設(shè)，同時重新分析電路。#請歸納其它管型靜態(tài)工作點的計算方法2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)工作2.2基本共源放大電路的工作原理4.放大電路的動態(tài)工作情況在靜態(tài)基礎(chǔ)上加入小信號vi此時電路中的總電壓和電流為vGS=

VGSQ+

viiD

=

IDQ+

idvDS=

vDSQ+

vds其中id和vds為交流量vDS=VDD-

iDRd2.2基本共源放大電路的工作原理4.放大電路的動態(tài)工作2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法

省略工作電源的直流電壓符號，僅保留電壓源非接“地”端子，并標(biāo)注電壓源名稱。習(xí)慣畫法1.習(xí)慣畫法2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法省略工作電源2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法1.習(xí)慣畫法2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法1.習(xí)慣畫法2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法2.主要分析法圖解法小信號模型分析法2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法2.主要分析法圖解4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（M4.3圖解分析法4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點Q4.3.2動態(tài)工作情況的圖解分析4.3.3圖解分析法的適用范圍4.3圖解分析法4.3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點Q

采用圖解法分析靜態(tài)工作點，必須已知FET的輸出特性曲線。靜態(tài)：vi

=0輸入回路vGS=

VGG=

VGSQ輸出回路vDS=

VDD－iDRd（直流負(fù)載線）輸出回路左側(cè)的FET端口可用輸出特性曲線描述

共源放大電路3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點Q采用圖解3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點Q得到靜態(tài)工作點：VGSQ、

IDQ、

VDSQvGS=

VGG=

VGSQ直流負(fù)載線：

vDS=

VDD－iDRd

共源放大電路3.1用圖解方法確定靜態(tài)工作點Q得到靜態(tài)工作點：VGSQ3.2動態(tài)工作情況的圖解分析

共源放大電路vGS=

VGSQ+

vi

工作點沿負(fù)載線移動1.正常工作情況3.2動態(tài)工作情況的圖解分析共源放大電路vGS=3.2動態(tài)工作情況的圖解分析圖解分析可得如下結(jié)論：

1.vi

vGSiD

vDS|vds(vo)|

(vi正半周時)

2.vds與vi相位相反；

3.可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù)；

4.可以確定最大不失真輸出幅度。1.正常工作情況3.2動態(tài)工作情況的圖解分析圖解分析可得如下結(jié)論：3.2動態(tài)工作情況的圖解分析2.靜態(tài)工作點對波形失真的影響截止失真（NMOS）3.2動態(tài)工作情況的圖解分析2.靜態(tài)工作點對波形失真的3.2動態(tài)工作情況的圖解分析飽和失真（NMOS）2.靜態(tài)工作點對波形失真的影響3.2動態(tài)工作情況的圖解分析飽和失真2.靜態(tài)工作點對波3.3圖解分析法的適用范圍幅度較大而工作頻率不太高的情況優(yōu)點：直觀、形象。有助于建立和理解交、直流共存，靜態(tài)和動態(tài)等重要概念；有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設(shè)置靜態(tài)工作點的重要性。能全面地分析放大電路的靜態(tài)、動態(tài)工作情況。缺點：不能分析工作頻率較高時的電路工作狀態(tài)，也不能用來分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)性能指標(biāo)。3.3圖解分析法的適用范圍幅度較大而工作頻率不太高的情況4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（M4.4小信號模型分析法4.4.1MOSFET的小信號模型4.4.2用小信號模型分析共源放大電路4.4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析4.4.4小信號模型分析法的適用范圍4.4小信號模型分析法4.4.1MOSFET的小信4小信號模型分析法建立小信號模型的意義建立小信號模型的思路

當(dāng)放大電路的輸入信號幅值較小時，就可以把MOS管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把MOS管這個非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來處理。

由于場效應(yīng)管是非線性器件，所以分析起來非常復(fù)雜。建立小信號模型，就是在特定條件下將非線性器件做線性化近似處理，從而簡化由其構(gòu)成的放大電路的分析和設(shè)計。4小信號模型分析法建立小信號模型的意義建立小信號模型的思4.1MOSFET的小信號模型1.溝道長度調(diào)制參數(shù)

=0時在飽和區(qū)內(nèi)有（以增強(qiáng)型NMOS管為例）FET雙口網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)值（直流）動態(tài)值（交流）非線性失真項當(dāng)vgs<<2(VGSQ-VTN)時，其中4.1MOSFET的小信號模型1.溝道長度調(diào)制參數(shù)4.1MOSFET的小信號模型FET雙口網(wǎng)絡(luò)純交流電路模型1.溝道長度調(diào)制參數(shù)

=0時

gmvgs

是受控源

，且為電壓控制電流源(VCCS)。電流方向與vgs的極性是關(guān)聯(lián)的。4.1MOSFET的小信號模型FET雙口網(wǎng)絡(luò)純交流電路模4.1MOSFET的小信號模型FET雙口網(wǎng)絡(luò)d、s端口看入有一電阻rds電路模型2.溝道長度調(diào)制參數(shù)

0時4.1MOSFET的小信號模型FET雙口網(wǎng)絡(luò)d、s端口看4.1MOSFET的小信號模型gm——低頻互導(dǎo)

轉(zhuǎn)移特性曲線Q點上切線的斜率3.參數(shù)的物理意義4.1MOSFET的小信號模型gm——低頻互導(dǎo)4.1MOSFET的小信號模型3.參數(shù)的物理意義rds——輸出電阻

輸出特性曲線Q點上切線斜率的倒數(shù)4.1MOSFET的小信號模型3.參數(shù)的物理意義rds4.1MOSFET的小信號模型4.模型應(yīng)用的前提條件

=0

0參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。與靜態(tài)工作點有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。只適合對交流信號（變化量）的分析。未包含結(jié)電容的影響，不能用于分析高頻情況。vgs<<2(VGSQ-VTN)小信號4.1MOSFET的小信號模型4.模型應(yīng)用的前提條件4.1MOSFET的小信號模型5.其它管型

0模型相同，參數(shù)類似

耗盡型NMOS管4.1MOSFET的小信號模型5.其它管型0模型4.2用小信號模型分析共源放大電路

共源放大電路

由于小信號模型的參數(shù)是建立在靜態(tài)工作點基礎(chǔ)上的，所以分析時必須先求出電路的靜態(tài)工作點例題

VT=1V試確定電路的靜態(tài)值，求MOS管工作于飽和區(qū)的小信號電壓增益Av

、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro

。4.2用小信號模型分析共源放大電路共源放大電路例題VT=1V解：（1）靜態(tài)工作點

增強(qiáng)型？耗盡型？

柵源加什么極性偏置電壓？

Q點包含哪幾個電量？直流通路例題VT=1V解：（1）靜態(tài)工作點增強(qiáng)型？耗盡型？柵源加解：（1）靜態(tài)工作點直流通路假設(shè)工作在飽和區(qū)滿足假設(shè)成立，結(jié)果即為所求。例題VT=1V解：（1）靜態(tài)工作點直流通路假設(shè)工作在飽和區(qū)滿足假設(shè)成立，結(jié)解：（2）動態(tài)指標(biāo)小信號等效電路電容和直流電壓源對交流相當(dāng)于短路例題VT=1V解：（2）動態(tài)指標(biāo)小信號等效電路電容和直流電壓源對交流相當(dāng)于解：（2）動態(tài)指標(biāo)模型參數(shù)電壓增益經(jīng)常當(dāng)作公式使用例題VT=1V解：（2）動態(tài)指標(biāo)模型參數(shù)電壓增益經(jīng)常當(dāng)作公式使用例題VT=解：（2）動態(tài)指標(biāo)輸入電阻輸出電阻=24k=3.9k

受靜態(tài)偏置電路的影響，柵極絕緣的特性并未充分表現(xiàn)出來例題VT=1V解：（2）動態(tài)指標(biāo)輸入電阻輸出電阻=24k=3.9k4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析假設(shè)在飽和區(qū)，根據(jù)例題

VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V，Rd=10k，Rs=0.5k，Rsi=4k，Rg1=150k，Rg2=47k，確定靜態(tài)工作點，求動態(tài)指標(biāo)。解：（1）靜態(tài)工作點4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析假設(shè)在飽和區(qū)，根據(jù)例4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析例題

VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V，Rd=10k，Rs=0.5k，Rsi=4k，Rg1=150k，Rg2=47k，確定靜態(tài)工作點，求動態(tài)指標(biāo)。解：（1）靜態(tài)工作點求得驗證滿足工作在飽和區(qū)4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析例題VTN=小信號等效電路例題

VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V，Rd=10k，Rs=0.5k，Rsi=4k，Rg1=150k，Rg2=47k，確定靜態(tài)工作點，求動態(tài)指標(biāo)。解：（2）動態(tài)指標(biāo)小信號等效電路例題VTN=1V，Kn=0.5mA/V例題

VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V，Rd=10k，Rs=0.5k，Rsi=4k，Rg1=150k，Rg2=47k，確定靜態(tài)工作點，求動態(tài)指標(biāo)。解：（2）動態(tài)指標(biāo)電壓增益輸入電阻35.79k源電壓增益放大電路的輸入電阻不包含信號源的內(nèi)阻例題VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，V例題

VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V，Rd=10k，Rs=0.5k，Rsi=4k，Rg1=150k，Rg2=47k，確定靜態(tài)工作點，求動態(tài)指標(biāo)。解：（2）動態(tài)指標(biāo)輸出電阻

為便于分析，先考慮0時的情況例題VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，V例題

VT=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V，Rd=10k，Rs=0.5k，Rsi=4k，Rg1=150k，Rg2=47k，確定靜態(tài)工作點，求動態(tài)指標(biāo)。解：（2）動態(tài)指標(biāo)輸出電阻>

rds

為便于分析，先考慮0時的情況所以當(dāng)=0時，當(dāng)0時，若rds>>Rd，則例題VT=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，V4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析電壓增益例題4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析電壓增益例題4.4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析例題

雙電源供電，電流源偏置靜態(tài)時，vI＝0，VG＝0，IDQ＝I又VS＝VG－VGSQ根據(jù)可求得

VGSQ則（飽和區(qū)）動態(tài)時4.4.3帶源極電阻的共源極放大電路分析例題雙電4.4小信號模型分析法的適用范圍

放大電路的輸入信號幅度較小，F(xiàn)ET工作在其V-I

特性曲線的飽和區(qū)（即近似線性范圍）內(nèi)。模型參數(shù)的值是在靜態(tài)工作點上求得的。所以，放大電路的動態(tài)性能與靜態(tài)工作點位置及穩(wěn)定性密切相關(guān)。優(yōu)點：分析放大電路的動態(tài)性能指標(biāo)(Av

、Ri和Ro等)非常方便，且適用于頻率較高時（用高頻模型）的分析。缺點：在放大電路的小信號等效電路中，電壓、電流等電量及模型參數(shù)均是針對變化量(交流量)而言的，不能用來分析計算靜態(tài)工作點。4.4小信號模型分析法的適用范圍放大電4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（M4.5共漏極和共柵極放大電路4.5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路4.5.2共柵極放大電路4.5.3MOSFET放大電路三種組態(tài)的總結(jié)和比較4.5共漏極和共柵極放大電路4.5.1共漏極（源極跟隨5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路1.靜態(tài)分析設(shè)MOS管工作于飽和區(qū)需驗證是否工作在飽和區(qū)5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路1.靜態(tài)分析設(shè)MO5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路2.動態(tài)分析根據(jù)靜態(tài)工作點可求得gm小信號等效電路電壓增益輸出與輸入同相，且增益小于等于15.1共漏極（源極跟隨器）放大電路2.動態(tài)分析根據(jù)靜5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路2.動態(tài)分析源電壓增益輸入電阻

受靜態(tài)偏置電路的影響，柵極絕緣的特性并未充分表現(xiàn)出來5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路2.動態(tài)分析源電壓5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路2.動態(tài)分析輸出電阻輸出電阻較小5.1共漏極（源極跟隨器）放大電路2.動態(tài)分析輸出電5.2共柵極放大電路1.靜態(tài)分析根據(jù)直流通路有由可得VGSQ又VS=-VGSQ所以VDSQ=VD

-VS

=VDD

-IDQRd

+VGSQ需驗證是否工作在飽和區(qū)5.2共柵極放大電路1.靜態(tài)分析根據(jù)直流通路有由可得5.2共柵極放大電路2.動態(tài)分析電壓增益輸出與輸入同相設(shè)=0源電壓增益5.2共柵極放大電路2.動態(tài)分析電壓增益輸出與輸入同5.2共柵極放大電路2.動態(tài)分析輸入電阻與共源電路同相輸出電阻輸入電阻遠(yuǎn)小于其它兩種組態(tài)當(dāng)rds>>Rd

和rds>>Rsi時Ro

Rd5.2共柵極放大電路2.動態(tài)分析輸入電阻與共源電路同5.3MOSFET放大電路三種組態(tài)的總結(jié)和比較1.

三種組態(tài)的判斷

較好的方法并不是試圖尋找接地的電極，而是尋找信號的輸入電極和輸出電極。即觀察輸入信號加在哪個電極，輸出信號從哪個電極取出，剩下的那個電極便是共同電極。如共源極放大電路，信號由柵極輸入，漏極輸出；共漏極放大電路，信號由柵極輸入，源極輸出；共柵極放大電路，信號由源極輸入，漏極輸出。柵極始終不能做輸出電極5.3MOSFET放大電路三種組態(tài)的總結(jié)和比較1.三5.3MOSFET放大電路三種組態(tài)的總結(jié)和比較2.

三種組態(tài)的動態(tài)指標(biāo)比較共源共漏共柵電壓增益輸入電阻輸出電阻很高很高Ro

RdRo

Rd5.3MOSFET放大電路三種組態(tài)的總結(jié)和比較2.三4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（M4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（M4.7多級放大電路4.7.1共源?共漏放大電路4.7.2共源?共柵放大電路4.7多級放大電路4.7.1共源?共漏放大電路7.1共源?共漏放大電路1.靜態(tài)分析直流通路例題7.1共源?共漏放大電路1.靜態(tài)分析直流通路例題例題1.靜態(tài)分析兩管柵極均無電流，假設(shè)工作在飽和區(qū)需驗證是否工作在飽和區(qū)已知管子參數(shù)和電路參數(shù)，便可解出兩管靜態(tài)工作點例題1.靜態(tài)分析兩管柵極均無電流，假設(shè)工作在飽和區(qū)1.靜態(tài)分析將具體參數(shù)值代入，計算得可驗證判斷兩管是否均工作在飽和區(qū)例VGSQ1=1.84VIDQ1=0.2mAVDSQ1=6.02VIDQ20.49mAVGSQ2=2.78VVDSQ2=5.98V由于VTN1=VTN2=1.2V1.靜態(tài)分析將具體參數(shù)值代入，計算得可驗證判斷兩管是否均例2.動態(tài)分析根據(jù)小信號等效電路電壓增益可求得gm例2.動態(tài)分析根據(jù)小信號等效電路電壓增益可求得g2.動態(tài)分析源電壓增益輸入電阻輸出電阻就是后一級共漏電路的輸出電阻(2=0)例2.動態(tài)分析源電壓增益輸入電阻輸出電阻就是后一級共漏電路7.2共源?共柵放大電路例4.7.21.靜態(tài)分析直流通路7.2共源?共柵放大電路例4.7.21.靜態(tài)分析直流需驗證是否工作在飽和區(qū)1.靜態(tài)分析假設(shè)工作在飽和區(qū)例需驗證是否工作在飽和區(qū)1.靜態(tài)分析假設(shè)工作在飽和區(qū)例2.動態(tài)分析小信號等效電路電壓增益例2.動態(tài)分析小信號等效電路電壓增益2.動態(tài)分析輸入電阻輸出電阻Ro

Rd2(2=0)例2.動態(tài)分析輸入電阻輸出電阻RoRd2(2=4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（M4.8結(jié)型場效應(yīng)管及其放大電路4.8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理4.8.2JFET的特性曲線及參數(shù)4.8.3JFET放大電路的小信號模型分析法4.8結(jié)型場效應(yīng)管及其放大電路4.8.1JFET的8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理2.工作原理①vGS對溝道的控制作用當(dāng)vGS＜0時（以N溝道JFET為例）

當(dāng)溝道夾斷時，對應(yīng)的柵源電壓vGS稱為夾斷電壓VP

（或VGS(off)）。對于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。8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理2.工作原理①vG8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理②vDS對溝道的控制作用當(dāng)vGS=0時，vDSiDg、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，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時vDS夾斷區(qū)延長溝道電阻iD基本不變2.工作原理（以N溝道JFET為例）8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理②vDS對溝道的控制作8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理③

vGS和vDS同時作用時當(dāng)VP<vGS<0時，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，對于同樣的vDS，

iD的值比vGS=0時的值要小。在預(yù)夾斷處vGD=vGS-vDS=VP2.工作原理（以N溝道JFET為例）8.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理③vGS和vDS同時作綜上分析可知JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制。預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。#

為什么JFET的輸入電阻比BJT高得多？JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因此iG0，輸入電阻很高。綜上分析可知JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制。預(yù)8.2JFET的特性曲線及參數(shù)2.轉(zhuǎn)移特性1.輸出特性(VP≤vGS≤0)8.2JFET的特性曲線及參數(shù)2.轉(zhuǎn)移特性8.2JFET的特性曲線及參數(shù)與MOSFET類似3.主要參數(shù)8.2JFET的特性曲線及參數(shù)與MOSFET類似3.8.3JFET放大電路的小信號模型分析法1.JFET小信號模型8.3JFET放大電路的小信號模型分析法1.JFET8.3JFET放大電路的小信號模型分析法2.應(yīng)用小信號模型法分析JFET放大電路（1）靜態(tài)工作點與MOSFET類似8.3JFET放大電路的小信號模型分析法2.應(yīng)用小信8.3JFET放大電路的小信號模型分析法2.應(yīng)用小信號模型法分析JFET放大電路（2）動態(tài)指標(biāo)8.3JFET放大電路的小信號模型分析法2.應(yīng)用小信8.3JFET放大電路的小信號模型分析法電壓增益忽略rds由輸入輸出回路得則2.應(yīng)用小信號模型法分析JFET放大電路（2）動態(tài)指標(biāo)8.3JFET放大電路的小信號模型分析法電壓增益忽略r8.3JFET放大電路的小信號模型分析法輸入電阻2.應(yīng)用小信號模型法分析JFET放大電路（2）動態(tài)指標(biāo)輸出電阻8.3JFET放大電路的小信號模型分析法輸入電阻2.4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（M*9砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管

砷化鎵（GaAs）是由Ⅲ族元素鎵和Ⅴ族元素砷二者組成的單晶化合物，是一種新型半導(dǎo)體材料。

GaAs的電子遷移率比硅約大5～10倍，比硅器件轉(zhuǎn)換速度快很多。高速砷化鎵三極管廣泛用于微波電路、高頻放大和高速數(shù)字邏輯器件中。不做教學(xué)要求*9砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管砷化鎵（G4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（M10.1各種FET的特性比較見表P145-14610.1各種FET的特性比較見表P145-14610.2使用注意事項（1）在MOS管中，有的產(chǎn)品將襯底引出（這種管子有四個管腳），使用者可視需要進(jìn)行連接。一般P襯底接低電位，N襯底接高電位。也可將源極與襯底連在一起。（2）FET（包括結(jié)型和MOS型）的漏極和源極通?？梢曰Q。但有些產(chǎn)品出廠時已將源極與襯底連在一起，這時源極與漏極就不能互換了。（3）JFET的柵源電壓不能接反，但可以在開路狀態(tài)下保存。早期的MOSFET柵極無電荷釋放通路，很容易累積感應(yīng)電荷而產(chǎn)生高壓，導(dǎo)致極薄的絕緣層擊穿損壞管子?，F(xiàn)在的MOSFET產(chǎn)品已采取了措施（柵-源間連有兩只背靠背的穩(wěn)壓二極管），不再出現(xiàn)早期的問題。10.2使用注意事項（1）在MOS管中，有的產(chǎn)品將襯底引出(模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件)4.場效應(yīng)管及其放大電路(模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件)4.場效應(yīng)管及其放大電路場效應(yīng)管的分類：P溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強(qiáng)型N溝道N溝道（耗盡型）FieldEffectTransistorFET場效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)耗盡型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，就有導(dǎo)電溝道存在增強(qiáng)型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，沒有導(dǎo)電溝道場效應(yīng)管的分類：P溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強(qiáng)型N溝道N4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（M1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)L：溝道長度W：溝道寬度tox

：絕緣層厚度通常W>L1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)L：溝道長度W1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖符號1.結(jié)構(gòu)其中:D(Drain)為漏極,相當(dāng)于c；

G(Gate)為柵極，相當(dāng)于b；

S(Source)為源極,相當(dāng)于e。1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖符號1.結(jié)構(gòu)其中:1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（1）VGS對溝道的控制作用當(dāng)VGS≤0時

無導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓時，也無電流產(chǎn)生。2.工作原理1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（1）VGS對溝道的控制作1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（1）VGS對溝道的控制作用當(dāng)0

<VGS<VTN時

產(chǎn)生電場，但未形成導(dǎo)電溝道（反型層），d、s間加電壓后，沒有電流產(chǎn)生。2.工作原理

當(dāng)柵極加有電壓時，若0＜VGS＜VTN

時，通過柵極和襯底間的電容作用，將靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體中的空穴向下方排斥，出現(xiàn)了一薄層負(fù)離子的耗盡層。耗盡層中的少子將向表層運動，但數(shù)量有限，不足以形成溝道，將漏極和源極溝通，所以不可能形成漏極電流ID。1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（1）VGS對溝道的控制作1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET當(dāng)VGS>VTN時

在電場作用下產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓后，將有電流產(chǎn)生。

VGS越大，導(dǎo)電溝道越厚VTN稱為N溝道增強(qiáng)型MOSFET開啟電壓（1）VGS對溝道的控制作用2.工作原理在VGS=0V時ID=0，只有當(dāng)VGS＞VTN后才會出現(xiàn)漏極電流，必須依靠柵極外加電壓才能產(chǎn)生反型層的MOSFET稱為增強(qiáng)型器件1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET當(dāng)VGS>VTN時2.工作原理（2）VDS對溝道的控制作用靠近漏極d處的電位升高電場強(qiáng)度減小溝道變薄當(dāng)VGS一定（VGS>VTN）時，VDSID溝道電位梯度整個溝道呈楔形分布1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET2.工作原理（2）VDS對溝道的控制作用靠近漏極d處的電

當(dāng)VDS增加到使VGD=VTN時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。在預(yù)夾斷處：VGD=VGS-VDS=VT（2）VDS對溝道的控制作用當(dāng)VGS一定（VGS>VTN）時，VDSID溝道電位梯度2.工作原理1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET當(dāng)VDS增加到使VGD=VTN時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷后，VDS夾斷區(qū)延長溝道電阻ID基本不變（2）VDS對溝道的控制作用2.工作原理1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET預(yù)夾斷后，VDS夾斷區(qū)延長溝道電阻ID基本不變（2（3）VDS和VGS同時作用時

VDS一定，VGS變化時

給定一個vGS，就有一條不同的iD–

vDS曲線。2.工作原理1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（3）VDS和VGS同時作用時VDS一定，VGS變化時以上分析可知溝道中只有一種類型的載流子參與導(dǎo)電，所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。MOSFET是電壓控制電流器件（VCCS），iD受vGS控制。預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。#

為什么MOSFET的輸入電阻比BJT高得多？MOSFET的柵極是絕緣的，所以iG0，輸入電阻很高。只有當(dāng)vGS>VTN時，增強(qiáng)型MOSFET的d、s間才能導(dǎo)通。以上分析可知溝道中只有一種類型的載流子參與導(dǎo)電，所以場效應(yīng)管3.V-I

特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程①截止區(qū)當(dāng)vGS＜VTN時，導(dǎo)電溝道尚未形成，iD＝0，為截止工作狀態(tài)。1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET3.V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號②可變電阻區(qū)

vDS<（vGS－VTN）由于vDS較小，可近似為rdso是一個受vGS控制的可變電阻（1）輸出特性及大信號特性方程3.V-I

特性曲線及大信號特性方程1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET②可變電阻區(qū)由于vDS較小，可近似為rdso是一個受vGS②可變電阻區(qū)

n：反型層中電子遷移率Cox：柵極（與襯底間）氧化層單位面積電容本征電導(dǎo)因子其中Kn為電導(dǎo)常數(shù)，單位：mA/V2（1）輸出特性及大信號特性方程3.V-I特性曲線及大信號特性方程1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET②可變電阻區(qū)n：反型層中電子遷移率本征電導(dǎo)③飽和區(qū)（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）vGS>VT

，且vDS≥（vGS－VTN）是vGS＝2VTN時的iDV-I特性：（1）輸出特性及大信號特性方程

必須讓FET工作在飽和區(qū)（放大區(qū)）才有放大作用。3.V-I

特性曲線及大信號特性方程1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET③飽和區(qū)vGS>VT，且vDS≥（vGS－VTN）是v（2）轉(zhuǎn)移特性#

為什么不談輸入特性？ABCD在飽和區(qū)，iD受vGS控制3.V-I

特性曲線及大信號特性方程1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET（2）轉(zhuǎn)移特性#為什么不談輸入特性？ABCD在飽和區(qū)，iD1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子，已存在導(dǎo)電溝道可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理二氧化1.2N溝道耗盡型MOSFET（N溝道增強(qiáng)型）IDSS

2.V-I

特性曲線及大信號特性方程1.2N溝道耗盡型MOSFET（N溝道增強(qiáng)型）IDSS1.3P溝道MOSFET#

襯底是什么類型的半導(dǎo)體材料？#

哪個符號是增強(qiáng)型的？#

在增強(qiáng)型的P溝道MOSFET中，vGS應(yīng)加什么極性的電壓才能工作在飽和區(qū)（線性放大區(qū)）？1.3P溝道MOSFET#襯底是什么類型的半導(dǎo)體材料？1.3P溝道MOSFET#

是增強(qiáng)型還是耗盡型特性曲線？#

耗盡型特性曲線是怎樣的？vGS加什么極性的電壓能使管子工作在飽和區(qū)（線性放大區(qū)）？電流均以流入漏極的方向為正！1.3P溝道MOSFET#是增強(qiáng)型還是耗盡型特性曲線？1.4溝道長度調(diào)制效應(yīng)不做教學(xué)要求溝道長度調(diào)制參數(shù)實際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的（N溝道為例）L的單位為m當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時，＝0，曲線是平坦的。

修正后1.4溝道長度調(diào)制效應(yīng)不做教學(xué)要求溝道長度調(diào)制參數(shù)實際上1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)1.開啟電壓VTN

（增強(qiáng)型參數(shù)）2.夾斷電壓VPN

（耗盡型參數(shù)）1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)1.開啟電壓V1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)3.飽和漏電流IDSS

（耗盡型參數(shù)）4.直流輸入電阻RGS

（109Ω～1015Ω

）1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)3.飽和漏電流1.5MOSFET的主要參數(shù)所以1.輸出電阻rds

當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時，＝0，rds→∞

實際中，rds一般在幾十千歐到幾百千歐之間。二、交流參數(shù)對于增強(qiáng)型NMOS管有1.5MOSFET的主要參數(shù)所以1.輸出電阻rds當(dāng)1.5MOSFET的主要參數(shù)2.低頻互導(dǎo)gm

反映了柵源電壓對漏極電流的控制能力二、交流參數(shù)則其中又因為所以NMOS增強(qiáng)型1.5MOSFET的主要參數(shù)2.低頻互導(dǎo)gm二、1.5MOSFET的主要參數(shù)三、極限參數(shù)1.最大漏極電流IDM

2.最大耗散功率PDM

3.最大漏源電壓V（BR）DS

4.最大柵源電壓V（BR）GS

1.5MOSFET的主要參數(shù)三、極限參數(shù)1.最大漏極4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（M4.2MOSFET基本共源極放大電路4.2.1基本共源極放大電路的組成4.2.2基本共源放大電路的工作原理4.2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法4.2MOSFET基本共源極放大電路4.2.1基本2.1基本共源極放大電路的組成1.如何讓MOS管工作在飽和區(qū)？元件作用VGG：提供柵源電壓使vGS>

VTNVDD和Rd：

提供合適的漏源電壓，使

vDS>

vGS

-

VTNRd還兼有將電流轉(zhuǎn)換成電壓的作用（VGG

>>vi）通常稱VGG和VDD為MOS管的工作電源，vi為信號。2.1基本共源極放大電路的組成1.如何讓MOS管工作在2.1基本共源極放大電路的組成2.信號如何通過MOS管傳遞？vi

信號由柵源回路輸入、漏源回路輸出，即源極是公共端，所以稱此電路為共源電路。也可看作信號由柵極輸入、漏極輸出。vGSiDvDS(=vo)飽和區(qū)由MOS管的控制關(guān)系決定由可獲得信號電壓增益（VGG

>>vi）2.1基本共源極放大電路的組成2.信號如何通過MOS管2.2基本共源放大電路的工作原理1.放大電路的靜態(tài)和動態(tài)

靜態(tài)：輸入信號為零（vi=0或ii=0）時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。

動態(tài)：輸入信號不為零時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。

此時，F(xiàn)ET的直流量ID、VGS、VDS，在輸出特性曲線上表示為一個確定的點，習(xí)慣上稱該點為靜態(tài)工作點Q。常將上述三個電量寫成IDQ、VGSQ和VDSQ。2.2基本共源放大電路的工作原理1.放大電路的靜態(tài)和動2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路和交流通路僅有直流電流流經(jīng)的通路為直流通路2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路和交流通路直流電壓源內(nèi)阻為零，交流電流流經(jīng)直流電壓源時不產(chǎn)生任何交流壓降，故直流電壓源對交流相當(dāng)于短路僅有直流電流流經(jīng)的通路為直流通路2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路和交流通路僅有交流電流流經(jīng)的通路為交流通路直流電壓源對交流相當(dāng)于短路2.2基本共源放大電路的工作原理2.放大電路的直流通路2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)工作點估算直流通路假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，則VGSQ=VGGVDSQ=VDD-

IDQRd

當(dāng)已知VGG、VDD、VTN、Kn、和Rd時，便可求得Q點（VGSQ、IDQ、VDSQ）。必須檢驗是否滿足飽和區(qū)工作條件：VDSQ>

VGSQ

-

VTN>

0。若不滿足，則說明工作在可變電阻區(qū)，此時漏極電流為注意：電路結(jié)構(gòu)不同，除FET特性方程外，其它電路方程將有差別2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)工作例題假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，根據(jù)VGSQ=VGGVDSQ=VDD-

IDQRd已知VGG=2V，VDD=5V，VTN=1V，Kn=0.2mA/V2，Rd=12k，求Q點。求得：

VGSQ=2V，IDQ=0.2mA，VDSQ=2.6V滿足飽和區(qū)工作條件：

VDSQ>

VGSQ

-

VT>

0，結(jié)果即為所求。解：例題假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，根據(jù)VGSQ=VGGVD2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)工作點估算飽和區(qū)的條件：VGSQ>VTN,

IDQ>0

，

VDSQ>VGSQ-

VTN增強(qiáng)型NMOS管假設(shè)NMOS管工作于飽和區(qū)，利用計算Q點。若：VGSQ<VTN,NMOS管截止。若：

VDSQ<VGSQ-

VTN，NMOS管可能工作在可變電阻區(qū)。如果初始假設(shè)是錯誤的，則必須作出新的假設(shè)，同時重新分析電路。#請歸納其它管型靜態(tài)工作點的計算方法2.2基本共源放大電路的工作原理3.放大電路的靜態(tài)工作2.2基本共源放大電路的工作原理4.放大電路的動態(tài)工作情況在靜態(tài)基礎(chǔ)上加入小信號vi此時電路中的總電壓和電流為vGS=

VGSQ+

viiD

=

IDQ+

idvDS=

vDSQ+

vds其中id和vds為交流量vDS=VDD-

iDRd2.2基本共源放大電路的工作原理4.放大電路的動態(tài)工作2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法

省略工作電源的直流電壓符號，僅保留電壓源非接“地”端子，并標(biāo)注電壓源名稱。習(xí)慣畫法1.習(xí)慣畫法2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法省略工作電源2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法1.習(xí)慣畫法2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法1.習(xí)慣畫法2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法2.主要分析法圖解法小信號模型分析法2.3放大電路的習(xí)慣畫法和主要分析法2.主要分析法圖解4

場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)三極管4.2MOSFET基本共源極放大電路4.3

圖解分析法4.4

小信號模型分析法4.5

共漏極和共柵極放大電路4.6

集成電路單級MOSFET放大電路(*)4.7

多級放大電路4.8

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）及其放大電路4.9

砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(*)4.10各種FET的特性及使用注意事項4場效應(yīng)三極管及放大電路4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體