第三章场效应管放大电路课件讲义.ppt

1、第三章第三章场效应晶体管及场效应晶体管及其放大电路其放大电路 场效应晶体管利用输入电压影响导场效应晶体管利用输入电压影响导电沟道的形状，进而控制输出电流。电沟道的形状，进而控制输出电流。场效应管的主要特点：场效应管的主要特点：输入阻抗高输入阻抗高多子导电，热稳定性好多子导电，热稳定性好 本章重点介绍场效应管的结构、本章重点介绍场效应管的结构、工作原理及其应用电路。工作原理及其应用电路。内容提要内容提要N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P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)分类分类以以

2、N 沟道增强型为例沟道增强型为例3.1.1 增强型增强型MOS场效应管场效应管(EMOS)一一.N沟道增强型沟道增强型MOS管的结构管的结构SiO23.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管一一.N沟道增强型沟道增强型MOS管的结构管的结构GDSBDiivGSQVDDVOvRD 二、二、N沟道增强型沟道增强型MOS管的基本工作原理管的基本工作原理3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管SiO2 二、二、N沟道增强型沟道增强型MOS管的基本工作原理管的基本工作原理1.1.栅源电压栅源电压vGS对管子工作的影响对管子工作的影响(vBS=0)0DSv设设0GSv时时管子截止管子截止3.1.

3、1 增增强强型型MOS场场效效应应管管 二、二、N沟道增强型沟道增强型MOS管的基本工作原理管的基本工作原理1.1.栅源电压栅源电压vGS对管子工作的影响对管子工作的影响(vBS=0)0GSv时时3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管 二、二、N沟道增强型沟道增强型MOS管的基本工作原理管的基本工作原理1.1.栅源电压栅源电压vGS对管子工作的影响对管子工作的影响(vBS=0)()GSGS thvV时时反型层形成，反型层形成，出现导电沟道出现导电沟道 ：开启电压开启电压()GS ththVV3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管()GSGS thvV设设0DSv时时导电沟道变为

4、楔形导电沟道变为楔形3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管2.2.漏源电压漏源电压vDS对管子工作的影响对管子工作的影响(vBS=0)GDGSDSGSvvvv()GSGS thvV设设0DSv时时导电沟道变为楔形导电沟道变为楔形DSGSthvvV此时此时vDS增加，当增加，当vGD=Vth 时，靠近时，靠近D端的沟道被夹断端的沟道被夹断称为称为予夹断予夹断。3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管2.2.漏源电压漏源电压vDS对管子工作的影响对管子工作的影响(vBS=0)GDGSDSGSvvvv()GSGS thvV设设0DSv时时导电沟道变为楔形导电沟道变为楔形DSGSthvv

5、V此时此时vDS增加，当增加，当vGD=Vth 时，靠近时，靠近D端的沟道被夹断端的沟道被夹断称为称为予夹断予夹断。予夹断后，予夹断后，vDS 继续增加，继续增加，iD基本不变，呈恒流特性基本不变，呈恒流特性。3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管2.2.漏源电压漏源电压vDS对管子工作的影响对管子工作的影响(vBS=0)GDGSDSGSvvvv栅源电压起着建立导栅源电压起着建立导电沟道的作用。电沟道的作用。由于沟道电流仅由多子流由于沟道电流仅由多子流构成，故也称场效应管为构成，故也称场效应管为单极型晶体管。单极型晶体管。漏源电压产生输出电漏源电压产生输出电流并改变沟道形状。流并改变沟

6、道形状。温度稳定性能好。温度稳定性能好。由于栅极与源极和漏极之由于栅极与源极和漏极之间有绝缘层隔开，故栅极间有绝缘层隔开，故栅极输入电流极小输入电流极小 ，输，输入电阻极高，可以达到入电阻极高，可以达到 以上。以上。910 0Gi 特点：特点：输入电阻极高。输入电阻极高。3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管 二、二、N沟道增强型沟道增强型MOS管的基本工作原理管的基本工作原理因因栅极输入电流极小栅极输入电流极小，故常用的特性曲线为故常用的特性曲线为输出特性曲线输出特性曲线和和转移转移特性曲线。特性曲线。三、三、N沟道增强型沟道增强型MOS管的伏安特性曲线管的伏安特性曲线3.1.1 增

7、增强强型型MOS场场效效应应管管可可变变电电阻阻区区截止区：截止区：()GSGS thvV 可变电阻区可变电阻区：()GSGS thvV()()DSGSGS thvvV1.1.输出特性曲线输出特性曲线此区域此区域iD随随vDS近似线性近似线性变化。变化。()GSDDSvif v 常常数数截止区（夹断区）截止区（夹断区）3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管三、三、N沟道增强型沟道增强型MOS管的伏安特性曲线管的伏安特性曲线三、三、N沟道增强型沟道增强型MOS管的伏安特性曲线管的伏安特性曲线3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管1.1.输出特性曲线输出特性曲线可可变变电电阻阻区区

8、可可变变电电阻阻区区1.1.输出特性曲线输出特性曲线截止区（夹断区）截止区（夹断区）3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管三、三、N沟道增强型沟道增强型MOS管的伏安特性曲线管的伏安特性曲线可可变变电电阻阻区区饱饱和和区区击击穿穿区区饱和饱和(恒流恒流)区区：()GSGS thvV()()DSGSGS thvvV2()()2pDGSGS thkWivVL厄尔利电压厄尔利电压AV若考虑沟道长度调制效应若考虑沟道长度调制效应击穿区：击穿区：()DSBR DSvV2()()(1)2pDGSGS thDSkWivVvL()()DSGSGS thvvV2()()2pDGSGS thkWivVL截

9、止区（夹断区）截止区（夹断区）三、三、N沟道增强型沟道增强型MOS管的伏安特性曲线管的伏安特性曲线3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管1.1.输出特性曲线输出特性曲线预夹断点预夹断点三、三、N沟道增强型沟道增强型MOS管的伏安特性曲线管的伏安特性曲线3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管1.1.输出特性曲线输出特性曲线恒恒流流区区或或饱饱和和区区2.转移特性曲线转移特性曲线()DGSif v vDS=常数常数转移特性曲线表示漏源电转移特性曲线表示漏源电压一定时，漏极电流与栅压一定时，漏极电流与栅源电压之间的关系曲线。源电压之间的关系曲线。可由输出曲线求得可由输出曲线求得/Di

10、mA/DSvV5 10 15 206GSvV5V4V3V2V()DSGSGS thvvVDSDSQvV3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管三、三、N沟道增强型沟道增强型MOS管的伏安特性曲线管的伏安特性曲线2.转移特性曲线转移特性曲线()DGSif v vDS=常数常数转移跨导：转移跨导：QDmGSigv3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管三、三、N沟道增强型沟道增强型MOS管的伏安特性曲线管的伏安特性曲线2DQmGSQthIgVV在相同工作点电流情在相同工作点电流情况下，况下，MOS管跨导管跨导的数值通常会比双极的数值通常会比双极型管的小，可能小型管的小，可能小12个数量

11、级。个数量级。跨导也可以由转移特跨导也可以由转移特性曲线图解确定。性曲线图解确定。饱和区内，过大的漏饱和区内，过大的漏源电压所产生的击穿与源电压所产生的击穿与输出特性曲线上的击穿输出特性曲线上的击穿区对应。区对应。漏源电压过大时，会漏源电压过大时，会导致漏区与衬底间的导致漏区与衬底间的PN结出现反向击穿。结出现反向击穿。饱和区内可能会出现贯饱和区内可能会出现贯通击穿。通击穿。当栅源电压过大时，可当栅源电压过大时，可能会导致绝缘层被击穿。能会导致绝缘层被击穿。3.MOS场效应管的击穿场效应管的击穿3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管三、三、N沟道增强型沟道增强型MOS管的伏安特性曲线管

12、的伏安特性曲线在在MOS管工作时，漏区、管工作时，漏区、源区、导电沟道与衬底源区、导电沟道与衬底之间的之间的PNPN结不应出现正结不应出现正向导通情况，否则管子向导通情况，否则管子不能正常工作。不能正常工作。这就要求这就要求N沟道型管的沟道型管的衬源极衬源极间电压应满间电压应满足足 ；P沟道型管应沟道型管应0BSv0BSv4.MOS场效应管衬底调制效应场效应管衬底调制效应三、三、N沟道增强型沟道增强型MOS管的伏安特性曲线管的伏安特性曲线3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管分立元件中，衬底分立元件中，衬底B一般一般与源极与源极S相连。在集成电相连。在集成电路中，由于所有元件为路中，由

13、于所有元件为同一衬底，为保证所有同一衬底，为保证所有元件的沟道与衬底间的元件的沟道与衬底间的隔离，导电沟道与衬底隔离，导电沟道与衬底之间所形成的之间所形成的PN结必须结必须反偏，也即反偏，也即N N沟道沟道MOS管管的的 。所以，开启。所以，开启电压和转移特性曲线右电压和转移特性曲线右移。移。0BSv背栅跨导背栅跨导三、三、N沟道增强型沟道增强型MOS管的伏安特性曲线管的伏安特性曲线3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管4.MOS场效应管衬底调制效应场效应管衬底调制效应QDmbBSigvmbmggP P沟道管的结构和原理与沟道管的结构和原理与N N沟道管类似。沟道管类似。但应注意沟道极

14、性的区别及由此带来的电流、但应注意沟道极性的区别及由此带来的电流、电压方向的变化。电压方向的变化。四、四、P沟道增强型沟道增强型MOS场效应管场效应管3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管应注意特性曲线图应注意特性曲线图中电流、电压的方中电流、电压的方向。向。四、四、P沟道增强型沟道增强型MOS场效应管场效应管3.1.1 增增强强型型MOS场场效效应应管管耗尽型耗尽型MOSMOS管在栅源零偏时即已存在导管在栅源零偏时即已存在导电沟道。电沟道。注意其符号与增强型的区别注意其符号与增强型的区别3.1.2 耗尽型耗尽型MOS场效应管场效应管(DMOS)时已有导电沟道，故时已有导电沟道，故 时

15、即有漏极电流产生。时即有漏极电流产生。0GSv0DSv3.1.2 耗耗尽尽型型MOS场场效效应应管管沟道变宽。沟道变宽。0 GSv当时3.1.2 耗耗尽尽型型MOS场场效效应应管管 一、基本工作原理一、基本工作原理 0 GSv当时3.1.2 耗耗尽尽型型MOS场场效效应应管管沟道变窄。沟道变窄。一、基本工作原理一、基本工作原理()GSGS offvV当时：夹断电压夹断电压()GS offV沟道被夹断沟道被夹断3.1.2 耗耗尽尽型型MOS场场效效应应管管 一、基本工作原理一、基本工作原理 0若若DSv也会产生预夹断和漏也会产生预夹断和漏极电流饱和的情况。极电流饱和的情况。且存在沟道。且存在沟道

16、。3.1.2 耗耗尽尽型型MOS场场效效应应管管 一、基本工作原理一、基本工作原理可可变变电电阻阻区区饱饱和和区区击击穿穿区区截止区：截止区：()GSGS offvV可变电阻区：可变电阻区：()GSGS offvV()0()DSGSGS offvvV饱和饱和(恒流恒流)区：区：()GSGS offvV()()DSGSGS offvvV2()()2pDGSGS offkWivVL击穿区击穿区截止区（夹断区）截止区（夹断区）二、特性曲线二、特性曲线3.1.2 耗耗尽尽型型MOS场场效效应应管管1.1.输出特性曲线输出特性曲线iDv DS0vGS=0vGS03.1.2 耗耗尽尽型型MOS场场效效应应

17、管管 二、特性曲线二、特性曲线1.1.输出特性曲线输出特性曲线2()1(1)GSDDSSDSGS offviIvV()0GSDSGSGS offvDSSDvvVIi()2DQmGSQGS offIgVV若考虑沟道长度调制效应若考虑沟道长度调制效应,在恒流区在恒流区2()()(1)2pDGSGS offDSkWivVvL 3.1.2 耗耗尽尽型型MOS场场效效应应管管 二、特性曲线二、特性曲线1.1.输出特性曲线输出特性曲线P P沟道型管的特性可与之类比沟道型管的特性可与之类比3.1.2 耗耗尽尽型型MOS场场效效应应管管 二、特性曲线二、特性曲线2.转移特性曲线转移特性曲线结型场效应管的结构结

18、型场效应管的结构根据沟道类型不同亦可分类根据沟道类型不同亦可分类结型场效应管存在着内结型场效应管存在着内建初始导电沟道，这一建初始导电沟道，这一点与耗尽型管类似。点与耗尽型管类似。结型场效应管应用时结型场效应管应用时vGS必须加必须加反偏电压反偏电压，以通，以通过耗尽层的宽度来调节过耗尽层的宽度来调节沟道。沟道。3.2.1 结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理一一、栅源电压、栅源电压vGS对管子工作的影响对管子工作的影响0GSv0DSv设设 vGS=0时，为平时，为平衡衡PN结，导电沟结，导电沟道最宽。道最宽。3.2.1 结结型型场场效效应应管管的的工工作作原原理理一一、栅源电压、栅源

19、电压vGS对管子工作的影响对管子工作的影响0GSv时时0DSv设设 当当vGS时，时，PN结反偏，耗尽层变宽，结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道导电沟道变窄，沟道电阻增大。电阻增大。但当但当|vGS|较小时，耗尽较小时，耗尽区宽度有限，存在导区宽度有限，存在导电沟道。电沟道。DS间相当于间相当于线性电阻。线性电阻。3.2.1 结结型型场场效效应应管管的的工工作作原原理理一一、栅源电压、栅源电压vGS对管子工作的影响对管子工作的影响0GSv时时0DSv设设()GSGS offvV 时时沟道全夹断。沟道全夹断。()GS offoffVV夹断电压：夹断电压：3.2.1 结结型型场场效效应应管管的

20、的工工作作原原理理0DSv时时导电沟道变为楔型导电沟道变为楔型(,0GSoffvV设设二二、漏源电压、漏源电压vDS对管子工作的影响对管子工作的影响3.2.1 结结型型场场效效应应管管的的工工作作原原理理0DSv时时导电沟道变为楔型导电沟道变为楔型()DSGSGS offvvV即即时时沟道预夹断。沟道预夹断。(,0GSoffvV设设二二、漏源电压、漏源电压vDS对管子工作的影响对管子工作的影响()GDGS offvV 当当时时3.2.1 结结型型场场效效应应管管的的工工作作原原理理0DSv时时导电沟道变为楔型导电沟道变为楔型vDS继续增大时继续增大时,沟沟道变短，道变短，iD基本不基本不变。变

21、。沟道预夹断。沟道预夹断。(,0GSoffvV设设二二、漏源电压、漏源电压vDS对管子工作的影响对管子工作的影响3.2.1 结结型型场场效效应应管管的的工工作作原原理理()DSGSGS offvvV即即时时()GDGS offvV 当当时时三、结型场效应管的特性曲线三、结型场效应管的特性曲线1 1、输出特性曲线、输出特性曲线 可变电阻区：预夹断前。可变电阻区：预夹断前。()|GSDDSVif v 常常数数 电流饱和区（恒流区）：电流饱和区（恒流区）：预夹断后。预夹断后。特点：特点：ID/VGS 常数常数=gm 即：即：ID=gm VGS（放大原理）（放大原理）夹断区（截止区）。夹断区（截止区）

22、。3.2.1 结结型型场场效效应应管管的的工工作作原原理理予夹断曲线予夹断曲线vGS=0V-1V可变电阻区可变电阻区-2V-3V-4V-5V夹断区夹断区恒流区恒流区iDv DS0vDS=vGS-VGS(off)IDSS3.2.1 结结型型场场效效应应管管的的工工作作原原理理三、结型场效应管的特性曲线三、结型场效应管的特性曲线1 1、输出特性曲线、输出特性曲线予夹断曲线予夹断曲线VGS=0V1V可变电阻区可变电阻区2V3V4V5V夹断区夹断区恒流区恒流区iDv DS0输出特性曲线输出特性曲线三、结型场效应管的特性曲线三、结型场效应管的特性曲线3.2.1 结结型型场场效效应应管管的的工工作作原原理

23、理2 2、转移特性曲线、转移特性曲线()|DSDGSVif v 常常数数饱和漏极电流饱和漏极电流VGS(off)夹断电压夹断电压3.2.1 结结型型场场效效应应管管的的工工作作原原理理三、结型场效应管的特性曲线三、结型场效应管的特性曲线1.栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在以上，但在某些场合仍不够高。某些场合仍不够高。3.栅源极间的栅源极间的PN结加正向电压时，将出现结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，在高温下，PN结的反向电流增大，栅源结的反向电流增大，栅源极

24、间的电阻会显著下降。极间的电阻会显著下降。结型场效应管的缺点结型场效应管的缺点3.2.1 结结型型场场效效应应管管的的工工作作原原理理综上分析可知综上分析可知 场效应管沟道中只有一种类型的多数载流子场效应管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参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管。场效应管是电压控制电流器件，恒流区场效应管是电压控制电流器件，恒流区iD受受vGS控制。控制。预夹断前预夹断前iD与与vDS呈近似线性关系；预夹断后，呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。趋于饱和。JFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PN结是反向偏置结是反向偏置的，的，MOSFE

25、T栅极与沟道间栅极与沟道间绝缘绝缘，因此，因此iG 0，输入，输入电阻很高。电阻很高。增强型增强型MOS管象双极型三极管一样有一个开启电压管象双极型三极管一样有一个开启电压VGS(th)(VT)，（相当于三极管死区电压）。（相当于三极管死区电压）。当当|VGS|低于低于|VGS(th)|时，漏源之间无沟道，时，漏源之间无沟道，iD=0。|VGS|高于高于|VGS(th)|时时，形成反型层，漏源之间加电压后，形成反型层，漏源之间加电压后,()DSGSGS thvvv 当当 时时，工工作作在在可可变变电电阻阻区区()DSGSGS thvvv 当当 时时，工工作作在在恒恒流流区区.耗尽型耗尽型场效应

26、管的工作原理与场效应管的工作原理与结型结型场效应管类似。场效应管类似。返回返回结构结构VDMOS和和IGBT管自学管自学分析场效应管放大电路的要点分析场效应管放大电路的要点分析方法与双极型管放大电路相同，仍分析方法与双极型管放大电路相同，仍然是先静态后动态，既可以使用图解法又然是先静态后动态，既可以使用图解法又可以使用等效电路法。可以使用等效电路法。注意偏置电路的设置（对于不同的场效注意偏置电路的设置（对于不同的场效应管来说有不同的设置需求）。应管来说有不同的设置需求）。由于由于栅极电流为零栅极电流为零，因此在等效模型中，因此在等效模型中的栅极为悬空。受控电流源所反映的为栅的栅极为悬空。受控电

27、流源所反映的为栅源电压对漏极电流的控制作用。源电压对漏极电流的控制作用。3.4.1 场效应管的模型场效应管的模型直流稳态模型直流稳态模型瞬态模型瞬态模型瞬态模型用来描述瞬态模型用来描述MOS管各管各极间电流和电压的瞬时值极间电流和电压的瞬时值（直流交流）关系。（直流交流）关系。3.4.1 场场效效应应管管的的模模型型一、一、MOS场效应管的瞬态模型场效应管的瞬态模型二、二、MOS场效应管的微变信号模型场效应管的微变信号模型饱和区微变信号模型饱和区微变信号模型3.4.1 场场效效应应管管的的模模型型dsrbmbbsg Vmgsg VdIsdgsVgsbsV饱和区低频微变信号模型饱和区低频微变信号

28、模型3.4.1 场场效效应应管管的的模模型型二、二、MOS场效应管的微变信号模型场效应管的微变信号模型mbmgg dsrbmgsg VdIdgsVgs饱和区低频微变信号模型（源极与衬底短连）饱和区低频微变信号模型（源极与衬底短连）3.4.1 场场效效应应管管的的模模型型二、二、MOS场效应管的微变信号模型场效应管的微变信号模型dsrbm gsg VdIdgsVgs恒流区低频微变信号模型恒流区低频微变信号模型3.4.1 场场效效应应管管的的模模型型二、二、MOS场效应管的微变信号模型场效应管的微变信号模型gsVgdCgsCmgsg VgsdsrdId3.4.1 场场效效应应管管的的模模型型三、三

29、、结型结型场效应管的微变信号模型场效应管的微变信号模型饱和区微变信号模型饱和区微变信号模型gsVmgsg VgsdsrdId3.4.1 场场效效应应管管的的模模型型三、三、结型结型场效应管的微变信号模型场效应管的微变信号模型饱和区低频微变信号模型饱和区低频微变信号模型所谓偏置，就是给器件加一定的电压所谓偏置，就是给器件加一定的电压(或电或电流流)，使其工作点偏离原点，以便器件能够在，使其工作点偏离原点，以便器件能够在电路中按照人们的要求工作。对于放大运用来电路中按照人们的要求工作。对于放大运用来说，器件应工作于放大说，器件应工作于放大(恒流，饱和恒流，饱和)区。区。当大信号工作时，静态工作点的

30、位置及动态当大信号工作时，静态工作点的位置及动态运用的范围影响非线性失真。运用的范围影响非线性失真。当小信号运用时，只要是在放大区，静态工当小信号运用时，只要是在放大区，静态工作点的位置并不影响非线性失真，但将影响放作点的位置并不影响非线性失真，但将影响放大量大量(动态范围动态范围)和功率消耗。和功率消耗。偏置电路应兼顾静态工作点的稳定、功率消偏置电路应兼顾静态工作点的稳定、功率消耗。大信号运用时，静态工作点的不稳定还影耗。大信号运用时，静态工作点的不稳定还影响动态运用范围和功率损耗，后者将牵涉到器响动态运用范围和功率损耗，后者将牵涉到器件的安全运用。件的安全运用。3.4.2 场效应管的直流偏

31、置电路场效应管的直流偏置电路GDSBDDVovivDR1R2RGCSRIDQ一、分压式偏置一、分压式偏置212GQDDRVVRR212GSQDDDQSRVVIRRR2()(1)2)pGSDQGSQDSthQkWVILVV SQDQSVIR2()()2DQGSpGSQthkWIVVL()DSQDDDQDSVVIRR 3.4.2 场场效效应应管管的的直直流流偏偏置置电电路路GDSBDDVovivDR1R2RGCSRIDQ一、分压式偏置一、分压式偏置3.4.2 场场效效应应管管的的直直流流偏偏置置电电路路该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用于所有的场效应管电路

32、。但是于所有的场效应管电路。但是对结型管必须对结型管必须保证保证gs间反偏间反偏。管子状态的分析过程与三极管类似，即管子状态的分析过程与三极管类似，即先假定管子处于饱和（恒流）状态并展先假定管子处于饱和（恒流）状态并展开分析看结果是否一致。开分析看结果是否一致。对不同类型的管子，处于对不同类型的管子，处于饱和状态时饱和状态时N N沟道增强型沟道增强型N N沟道耗尽型沟道耗尽型N N沟道结型沟道结型P P沟道型管沟道型管GS(th)0V DSQGSQGS(th)VVVGS(off)0V 电源电压应为电源电压应为负值。负值。VGS可为正、负或可为正、负或0，但必须，但必须GS(off)0V GS(

33、off)GSQ0 VVDSQGSQGS(off)VVV一、分压式偏置一、分压式偏置3.4.2 场场效效应应管管的的直直流流偏偏置置电电路路GSQGS(off)VV DSQGSQGS(off)VVV二、二、自偏压电路自偏压电路VGSQ=-IDQR 已知已知VGS(off)及及IDSS,由由注意：注意：1、该电路只适用于、该电路只适用于VGS=0时就有沟道的管子；时就有沟道的管子；2、该电路只能产生负的栅源电压，所以只能用于需要、该电路只能产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的耗尽型管。负栅源电压的耗尽型管。vGSGSDSQ2()DSQ(1)()GGSQDQDSQDDSdoffDQVIRV

34、IVVRIVIR 可解出可解出Q点的点的VGSQ、IDQ、VDSQ 3.4.2 场场效效应应管管的的直直流流偏偏置置电电路路偏置电阻对交流信号有损耗作用，偏置电阻对交流信号有损耗作用，也降低了放大电路的输入电阻。也降低了放大电路的输入电阻。3.4.2 场场效效应应管管的的直直流流偏偏置置电电路路在集成电路中，在集成电路中，本级放大电路的本级放大电路的输入端直流偏置输入端直流偏置通常由前级电路通常由前级电路的输出提供。的输出提供。必要时加入直流必要时加入直流电平移动单元，电平移动单元，称这种偏置方式称这种偏置方式为直接偏置为直接偏置三、三、直接偏置电路直接偏置电路3.4.2 场场效效应应管管的的

35、直直流流偏偏置置电电路路3.4.3 场效应管基本放大电路场效应管基本放大电路一、基本共源放大电路一、基本共源放大电路s2、输入电阻、输入电阻3、输出电阻、输出电阻mgsigsVVg V R )1(mgsRgV mgsdoVg V R 忽略忽略 rds,rgs则则mdm 1Vg RAg R 则则)/(g2g1g3iRRRR doRR 由于由于rgs=，则，则1、电压放大倍数、电压放大倍数md VAg R 3.4.3 场场效效应应管管基基本本放放大大电电路路一、基本共源放大电路一、基本共源放大电路接有负载时应为接有负载时应为R L=RL/Rdbermbeg VbeVceVbeccIbIbbeVbb

36、rcer3.4.3 场场效效应应管管基基本本放放大大电电路路一、基本共源放大电路一、基本共源放大电路与共射电路的比较与共射电路的比较mL VAg R 二、二、共栅放大电路共栅放大电路oRisRiRodRiVm(/)vDLAgRRism1Rg oodDD/RRRRoivVAV 3.4.3 场场效效应应管管基基本本放放大大电电路路issis/RRR 三、三、共漏放大电路共漏放大电路3.4.3 场场效效应应管管基基本本放放大大电电路路1 1、中频小信号模型、中频小信号模型三、三、共漏放大电路共漏放大电路3.4.3 场场效效应应管管基基本本放放大大电电路路2、电压增益、电压增益3、输入电阻、输入电阻m

37、gsL(/)oVg VRR mLmL(/)1(/)oviVAgRRVgRR 可知可知)/(g2g1g3iRRRR 三、三、共漏放大电路共漏放大电路gsmgsL(/)iVVg VRR1vA 3.4.3 场场效效应应管管基基本本放放大大电电路路mgsTRIIg VTmgsVg VR gsTVV TmTm111/oVRIgRgR 所以所以由图有由图有4 4、输出电阻、输出电阻3.4.3 场场效效应应管管基基本本放放大大电电路路三、三、共漏放大电路共漏放大电路mb bsg Vmb1 g3.4.3 场场效效应应管管基基本本放放大大电电路路三、三、共漏放大电路共漏放大电路1211()1111()(1)2D

38、RpGSGS thDSIIkWVVVL T T2 2管的管的 ，保证其工作在饱和区保证其工作在饱和区22()2DSGSGS thVVV 20222()2222()(1)2DpGSGS thDSIIkWVVVL 3.4.4 场效应管电流源电路场效应管电流源电路一、一、基本电流源基本电流源0222111(/)(1)(/)(1)DSRDSIWLVIWLV()1()2()12,GS thGS thGS thVVV设设忽略沟道长度调制效应后忽略沟道长度调制效应后()()则有则有0若两管参数对称则为镜像电流源，否若两管参数对称则为镜像电流源，否则为比例电流源则为比例电流源.02211/RIWLIWL 3.

39、4.4 场场效效应应管管电电流流源源电电路路一、一、基本电流源基本电流源1()/RDDGSrIVVR020011odsvrrII为了提高集成度，通常为了提高集成度，通常用有源电阻代替一般电用有源电阻代替一般电阻阻rR一、一、基本电流源基本电流源3.4.4 场场效效应应管管电电流流源源电电路路T3、T4特性相同特性相同12DSDSVV 当当时时02222211111(/)(1)/(/)(1)/DSRDSIWLVWLIWLVWL输出电流几乎不受电输出电流几乎不受电流源输出端电压的影流源输出端电压的影响，从而使输出电阻响，从而使输出电阻大为提高，保证了良大为提高，保证了良好的恒流特性好的恒流特性44

40、24()ommbdsdsrggrr二、二、串联电流源串联电流源3.4.4 场场效效应应管管电电流流源源电电路路三管均工作在饱和区三管均工作在饱和区具有很高的输出电阻具有很高的输出电阻由于串联电流源和威尔由于串联电流源和威尔逊电流源在输出回路中逊电流源在输出回路中串联有两个串联有两个MOS管且要管且要求两管均工作于饱和区，求两管均工作于饱和区，从而在电源电压一定的从而在电源电压一定的情况下，减小了输出端情况下，减小了输出端电压的变化范围。电压的变化范围。三、三、威尔逊电流源威尔逊电流源3.4.4 场场效效应应管管电电流流源源电电路路在工作点处在工作点处DS之间的直流电阻为之间的直流电阻为/DSQ

41、QVI3.4.5 场效应管有源负载放大电路场效应管有源负载放大电路一、一、MOS管有源电阻管有源电阻小信号动态电阻可通过在小信号动态电阻可通过在Q Q点处切线的斜点处切线的斜率求得。率求得。dsmm/(1)1rrgg一、一、MOS管有源电阻管有源电阻3.4.5 场场效效应应管管有有源源负负载载放放大大电电路路一、一、MOS管有源电阻管有源电阻3.4.5 场场效效应应管管有有源源负负载载放放大大电电路路一、一、MOS管有源电阻管有源电阻dsrr 也可用也可用P沟道管构成类似电阻。沟道管构成类似电阻。3.4.5 场场效效应应管管有有源源负负载载放放大大电电路路放大管与负载管均为增强型放大管与负载管

42、均为增强型MOSMOS管的放管的放大电路称为大电路称为E/EE/E型放大电路。型放大电路。二、二、NMOS管共源（管共源（E/E)型放大型放大电路电路m1ds1ds2m2mb211(/)oviVAgrrVgg m1gs1g Vds1rds1ds2m2mb211/orrrgg NMOS3.4.5 场场效效应应管管有有源源负负载载放放大大电电路路以增强型以增强型MOSMOS管管(称为称为E E管管)作为放大管，耗作为放大管，耗尽型尽型MOSMOS管管(称为称为D D管管)作为负载管的放大电作为负载管的放大电路称为路称为E/DE/D放大电路。放大电路。三、三、NMOS管共源（管共源（E/D)型放大型

43、放大电路电路3.4.5 场场效效应应管管有有源源负负载载放放大大电电路路四、四、CMOS共源放大电路共源放大电路此电路无衬底调制效应。此电路无衬底调制效应。T T1 1为放大管，为放大管，T T2 2为负载管。为负载管。CMOSD3.4.5 场场效效应应管管有有源源负负载载放放大大电电路路四、四、CMOS共源放大电路共源放大电路viDRsvsVGG1Di+2Dioi 12()oDDiii 当两管参数一致时，当两管参数一致时，增益加倍增益加倍。m1m2ds1ds2()(/)oviVAggrrV 3.4.5 场场效效应应管管有有源源负负载载放放大大电电路路vs上升，上升，|vGS1|也上升，也上升

44、，而而|vGS2|下降。下降。则则iD1上升，上升，iD2 下降下降场效应管差分放大电路的形式、基场效应管差分放大电路的形式、基本特性及分析方法与本特性及分析方法与BJTBJT差放一样。差放一样。场效应管差放具有输入电阻大、输场效应管差放具有输入电阻大、输入电流小、输入线性范围大等优点。入电流小、输入线性范围大等优点。场效应管差放通常也有微变增益低、场效应管差放通常也有微变增益低、偏差失调大的缺点偏差失调大的缺点3.4.6 场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路一、一、MOS管基本差分管基本差分放大电路放大电路交流通路交流通路电路结构电路结构3.4.6 场场效效应应管管差差分分放放大大电电路

45、路1 1、差模微变增益、差模微变增益11(/)iomdsDVrRVg 222111(/)oooiiiivmdsDVAgrRVVVVVV 一、一、MOS管基本差分管基本差分放大电路放大电路211(/)()2mdsDiiRVVgr 2211(/)()2omdsiDiVVgrRV 3.4.6 场场效效应应管管差差分分放放大大电电路路MOSMOS管差放的传输特性与三极管类似。管差放的传输特性与三极管类似。其非限幅区范围比双极型三极管差放其非限幅区范围比双极型三极管差放宽许多。宽许多。2 2、差模传输特性、差模传输特性3.4.6 场场效效应应管管差差分分放放大大电电路路一、一、MOS管基本差分管基本差分

46、放大电路放大电路共模交流通路：共模交流通路：3 3、共模输入、共模输入一、一、MOS管基本差分管基本差分放大电路放大电路3.4.6 场场效效应应管管差差分分放放大大电电路路二、二、MOS管有源负载差分放大电路管有源负载差分放大电路E/EE/E型放大电路型放大电路负载管的微变电阻为负载管的微变电阻为3411/mmgg 1213113/()1/oviimdsmmmVAVVgrggg 3.4.6 场场效效应应管管差差分分放放大大电电路路以电流源作为有以电流源作为有源负载的源负载的CMOSCMOS差差放。放。34/2DDSSIII12113(/)oviimdsdsVAVVgrr 一、一、MOS管基本差

47、分管基本差分放大电路放大电路3.4.6 场场效效应应管管差差分分放放大大电电路路以镜像电流源以镜像电流源作为有源负载作为有源负载的的CMOSCMOS差放。差放。1224(/)oviimdsdsVAVVgrr 可类比三极管可类比三极管差放电路。差放电路。一、一、MOS管基本差分管基本差分放大电路放大电路3.4.6 场场效效应应管管差差分分放放大大电电路路用于控制信号的通断。用于控制信号的通断。用途用途一个理想的模拟开关：接通时电阻为一个理想的模拟开关：接通时电阻为零，关断时电阻为无穷大。开关的工零，关断时电阻为无穷大。开关的工作速度要快且对其它电路的性能的影作速度要快且对其它电路的性能的影响要小

48、。响要小。要求要求实际的模拟开关是由工作在开关状态实际的模拟开关是由工作在开关状态的晶体管或场效应管组成，外加控制的晶体管或场效应管组成，外加控制电压使电压使晶体管晶体管交替工作在交替工作在饱和区饱和区和和截截止区止区，或使，或使场效应管场效应管交替工作在交替工作在可变可变电阻区电阻区和和截止区截止区。工作状态工作状态由于由于N沟道沟道MOS管的导通电阻小，单管的导通电阻小，单管模拟开关一般使用管模拟开关一般使用NMOS管。管。当栅极控制电压为低电平即当栅极控制电压为低电平即 时，时，MOSMOS管截止，开关断开管截止，开关断开GGLvV当栅极控制电压为高当栅极控制电压为高电平即电平即 时，管

49、时，管子子 ，MOSMOS管导通，且由于管导通，且由于负载电阻很大，管子负载电阻很大，管子工作于可变电阻区工作于可变电阻区，开关闭合开关闭合GGHvV()GSGHIGS thvVvV3.5.1 单管单管MOS模拟开关模拟开关为使开关能正常工作，为使开关能正常工作，MOSMOS管各极之管各极之间的电压必须满足一定条件。间的电压必须满足一定条件。漏极与衬底、源极与衬漏极与衬底、源极与衬底之间的底之间的PNPN结要保持反结要保持反偏状态，所以图中偏状态，所以图中MOSMOS管的衬底接地，且不能管的衬底接地，且不能输入负电位信号输入负电位信号栅极所加控制电压的高栅极所加控制电压的高低电平与输入信号低电

50、平与输入信号 的的变化范围要配合得当，变化范围要配合得当，以保证以保证MOSMOS管可靠的通管可靠的通或断或断Iv0IGHthvVV开关的输入端与输开关的输入端与输出端可以互易使用出端可以互易使用3.5.1 单管单管MOS模拟开关模拟开关单管单管MOSMOS开关的缺点：开关的缺点：在开关的接通状态，接通电阻随输入信在开关的接通状态，接通电阻随输入信号变化较大。号变化较大。3.5.1 单管单管MOS模拟开关模拟开关3.5.2 CMOS模拟开关模拟开关CMOSCMOS传输门由传输门由N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管和管和P P沟道增沟道增强型强型MOSMOS管并接构成。两管源极和漏极分别管