第14讲 MOS管放大电路.ppt
模 拟 电 子 技 术,Analog Electronic Technology,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,（耗尽型）,场效应管的分类：,(电场效应，单极性管，电压控制电流),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,P沟道JFET,N沟道增强型MOSFET工作原理,（1）vGS对沟道的控制作用,当vGS0时,无导电沟道， d、s间加电压时，也无电流产生。,当0vGS VT 时,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。（平板电容器）,vGS越大，导电沟道越厚,VT 称为开启电压，典型值0.5-1,2. 工作原理,（2）vDS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vGS一定（vGS VT ）时，,vDS,ID,沟道电位梯度,整个沟道呈楔形分布,当vGS一定（vGS VT ）时，,vDS,ID,沟道电位梯度,当vDS增加到使vGD=VT 时，在紧靠漏极处出现预夹断。,2. 工作原理,（2）vDS对沟道的控制作用,在预夹断处：vGD=vGS-vDS =VT,预夹断后，vDS,夹断区延长,沟道电阻,ID基本不变,2. 工作原理,（2）vDS对沟道的控制作用,2. 工作原理,（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 特性曲线及大信号特性方程, 截止区当vGSVT时，导电沟道尚未形成，iD0，为截止工作状态。, 可变电阻区 vDS（vGSVT）, 饱和区（恒流区又称放大区）,vGS VT ，且vDS（vGSVT）,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 vDS（vGSVT）,由于vDS较小，可近似为,rdso是一个受vGS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Cox ：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容,本征电导因子,其中,Kn为电导常数，单位：mA/V2,3. 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）,vGS VT ，且vDS（vGSVT）,是vGS2VT时的iD,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,1. 结构和工作原理（N沟道）,当vGS0时,由于绝缘层的存在，并不会产生栅极电流，而是在沟道中感应出更多的负电荷，使沟道变宽。在vDS的作用下，iD将有更大的数值。,沟道变窄，从而使漏极电流减小。当vGS为负电压到达某个值时，耗尽区扩展到整个沟道，沟道完全被夹断，即使有vDS ，也不会有漏极电流iD ，此时的栅源电压称为夹断电压VP 。,当vGS 0 时,VP 为负值。,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）,用夹断电压代替开启电压,（N沟道增强型）,饱和漏电流,5.1.3 P沟道MOSFET,除vGS和vDS的极性为负以及开启电压VT为负以外，电流iD流入源极，流出漏极，其他和NMOS相同。因为NMOS器件可以做得更小，运行更快，并且NMOS比PMOS需要的电源更低，因此NMOS已经取代了PMOS技术。CMOSBiCMOS,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,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，rds,5.1.5 MOSFET的主要参数,2. 低频互导gm,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IDM,2. 最大耗散功率PDM,3. 最大漏源电压V（BR）DS,4. 最大栅源电压V（BR）GS,在恒流区时g-s、d-s间的电压极性,P249 5.1.1,P249 5.1.2,5.2 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VGS VT ，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Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k，,试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源电压VDSQ 。,VDD=5V， VT=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，vI0，VG 0，ID I,电流源偏置,VDS VDD IDRd VS,（饱和区）,VS VG VGS VGS,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,=0时,高频小信号模型,0时,忽略,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,增益较低,很高,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,作业,P249:5.1.1 5.1.2,
