第14讲MOS管放大电路课件.ppt

1、5.1 金属金属-氧化物氧化物-半导体（半导体（MOS）场效应管）场效应管5.3 结型场效应管（结型场效应管（JFET）*5.4 砷化镓金属砷化镓金属-半导体场效应管半导体场效应管5.5 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较5.2 MOSFET放大电路放大电路P沟道沟道耗尽型耗尽型P沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道增强型增强型N沟道沟道N沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)场效应管的分类：场效应管的分类：(电场效应，单极性管，电压控制电流电场效应，单极性管，电压控制电流)增强型增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有

2、导电沟道：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道耗尽型耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）场效应管的符号场效应管的符号N沟道沟道MOSFET耗尽型耗尽型增强型增强型P沟道沟道MOSFETN沟道沟道JFETP沟道沟道JFETN沟道增强型沟道增强型MOSFET工作原理工作原理（1）vGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当vGSGS00时时 无导电沟道，无导电沟道，d、s间加电压时，也间加电压时，也无电流产生。无电流产生。当当00vGSGS V VT T）时，）时，vDSDS I ID D 沟道电位梯

3、度沟道电位梯度 整个沟道呈整个沟道呈楔形分布楔形分布当当vGSGS一定（一定（vGSGS V VT T）时，）时，vDSDS I ID D 沟道电位梯度沟道电位梯度 当当vDSDS增加到使增加到使vGDGD=V VT T 时，时，在紧靠漏极处出现预夹断。在紧靠漏极处出现预夹断。2.工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用在预夹断处：在预夹断处：vGDGD=vGSGS-vDSDS =V VT T预夹断后，预夹断后，vDSDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 I ID D基本不变基本不变2.工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用2.工作原理工作原理（

4、3）vDS和和vGS同时作用时同时作用时 vDSDS一定，一定，vGSGS变化时变化时 给定一个给定一个vGSGS ，就有一条不，就有一条不同的同的 iD D vDSDS 曲线曲线。3.V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程 截止区截止区当当vGSVT时，导电沟道尚时，导电沟道尚未形成，未形成，iD0，为截止工，为截止工作状态。作状态。可变电阻区可变电阻区 vDS（vGSVT）饱和区饱和区（恒流区又称放大区）（恒流区又称放大区）vGSGS V VT T ，且，且vDSDS（v vGSGSV VT T）3.V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及

5、大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程const.DSDGS)(vvfi 可变电阻区可变电阻区 vDS（vGSVT）)(DSDSTGSnD22vvv VKi由于由于vDS较小，可近似为较小，可近似为DSTGSnD)(vvVKi 2常数常数 GSDDSdsovvdidr)(TGSnVK v21rdso是一个受是一个受vGS控制的可变电阻控制的可变电阻 3.V-I 特性曲线及大信号特性方程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）输出特性及大信号特性方程 可变电阻区可变电阻区 DSTGSnD)(vvVKi 2)(TGSndsoVKr v21 n：反型层中电子迁移率：反型层中电子迁移

6、率Cox：栅极（与衬底间）氧：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容化层单位面积电容本征电导因子本征电导因子oxnnC K LWLWKK22oxnnnC 其中其中Kn为电导常数，单位：为电导常数，单位：mA/VmA/V2 23.V-I 特性曲线及大信号特性方程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）输出特性及大信号特性方程 饱和区饱和区（恒流区又称放大区）（恒流区又称放大区）vGSGS V VT T ，且，且vDSDS（v vGSGSV VT T）2)(TGSnDVKi v221)(TGSTn VVKv21)(TGSDO VIv2TnDOVKI 是是vGSGS2 2V VT T时的

7、时的iD D V V-I I 特性：特性：)(DSDSTGSnD22vvv VKi3.V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（2）转移特性）转移特性const.GSDDS)(vvfi21)(TGSDOD VIiv5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET1.结构和工作原理结构和工作原理（N沟道）沟道）二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子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沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET1.结构和工作原理结构和工作原理（N沟道）沟道）当当vGSGS00时时

8、由于绝缘层的存在，并不会由于绝缘层的存在，并不会产生栅极电流，而是在沟道中感产生栅极电流，而是在沟道中感应出更多的负电荷，使沟道变宽。应出更多的负电荷，使沟道变宽。在在vDSDS的作用下，的作用下，i iD D将有更大的数将有更大的数值。值。沟道变窄，从而使漏极电流减小。当沟道变窄，从而使漏极电流减小。当vGSGS为负电压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，即使有夹断，即使有vDSDS，也不会有漏极电流，也不会有漏极电流i iD D，此时的栅源，此时的栅源电压称为夹断电压电压称为夹断电压。当当vGSGS 0 VT，否则工作在

9、截止区，否则工作在截止区再假设工作在可变电阻区再假设工作在可变电阻区)(TGSDSVVV 即即dDDDDSRIVV DSTGSnD 2VV)(VKI 假设工作在饱和区假设工作在饱和区满足满足)(TGSDSVVV 假设成立，结果即为所求。假设成立，结果即为所求。解：解：V2V5406040 DDg2g1g2GSQ VRRRVmA2.0mA)12)(2.0()(22TGSnDQ VVKIV2V)15)(2.0(5dDDDDSQ RIVV例：例：设设Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k，220V/mA.n K试计算电路的静态漏极电流试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源和漏源电压电压VDSQ。

10、VDD=5V，VT=1V，5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算（2）带源极电阻的）带源极电阻的NMOS共源极放大电路共源极放大电路2)(TGSnDVVKI 饱和区饱和区需要验证是否满足需要验证是否满足)(TGSDSVVV SGGSVVV )(2dDDDDSRRIVV )(SSSSDDg2g1g2VVVRRR )(SSDVRI 5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算静态时，静态时，vI0 0，VG 0 0，ID I电流源偏置电流源偏置 VDS VDD IDRd VS2TGSnD)

11、(VVKI （饱和区）（饱和区）VS VG VGS VGS5.2.1 MOSFET放大电路放大电路2.图解分析图解分析由于负载开路，交流负由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同载线与直流负载线相同 5.2.1 MOSFET放大电路放大电路3.小信号模型分析小信号模型分析（1）模型）模型DQDIi gsmvg dDQiI gsmdvgi =0=0时时高频小信号模型高频小信号模型0时时2)(TGSnDVVKI 2nTGSQn2TGSQn2TGSQnD2gsgsgsvKvVVKVVKVvVKi )()()(忽略忽略3.小信号模型分析小信号模型分析解：例解：例5.2.25.2.2的直流分析已的直流分

12、析已求得：求得：mA5.0DQ IV2GSQ VV75.4DSQ VV/mA1 V/mA)12(5.02 )(2TGSQnm VVKg（2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.2.5）s3.小信号模型分析小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.2.5）dgsmoRg vv )1()(mgsgsmgsiRgRg vvvvRgRgAmdmio1 vvvg2g1i/RRR doRR SiiSiioSosRRRAA vvvvvvvvs增益较低增益较低很高很高3.小信号模型分析小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.2.6）)/()/)(dsgsmgsdsgsmiorRgrRgAvvvvvv 1)/(1)/(dsmdsm rRgrRg)()/(1)/(SiidsmdsmSiioSosRRRrRgrRgA vvvvvvv共漏共漏3.小信号模型分析小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析g2g1i/RRR mdsmdstto1/111grRgrRiR vtgsgsmrRvvvgiii t作业作业P249:5.1.1 5.1.2