物理场效应管放大电路.pptx

场效应管的分类FET场效应管MOSFET(IGFET)绝缘栅型JFET结型增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道(耗尽型)P沟道N沟道耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道存在第1页/共50页5.1 5.1 金属氧化物半导体（MOS）场效应管5.1.1 5.1.1 N沟道增强型MOSFET5.1.2 5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET5.1.3 5.1.3 P沟道MOSFET5.1.45.1.4 沟道长度调制效应5.1.55.1.5 MOSFET的主要参数第2页/共50页5.1.1 5.1.1 N沟道增强型MOSFET1、结构（N沟道）漏极漏极d源极源极s s栅极栅极g g沟道沟道L：沟道长度LWW：沟道宽度通常 WL：绝缘层厚度第3页/共50页剖面图电路符号1、结构（N沟道）第4页/共50页2、工作原理（1）对沟道的控制作用当 时，d、s间加电压时，无电流产生无导电沟道当 时，产生电场当 时未形成导电沟道（感生沟道），d、s间加电压后，没有电流产生。第5页/共50页当 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。称为开启电压越大，导电沟道越厚导电沟道相当于电阻将DS连接起来，越大此电阻越小。第6页/共50页（2）对沟道的控制作用当 一定（）时，靠近漏极d处的电位升高电场强度减小沟道变薄问题：电流 是否会随着 的增加线性增长？整个沟道呈楔形分布沟道电位梯度第7页/共50页 当 增加到使 时，在紧靠漏极处出现预夹断。在预夹断处：预夹断后，夹断区延长 沟道电阻 基本不变。第8页/共50页（3）和 同时作用 一定，变化时，给定一个 ，就有一条不同的 曲线。第9页/共50页以上分析可知 沟道中只有一种载流子参与导电，所以场效应管也称为单级 型三极管。MOSFET的栅极是绝缘的，所以 ，输入电阻很高。MOSFET是电压控制电流器件（VCCS），受 控制。只有当 时，增强型MOSFET的d、s间才能导通。预夹断前 与 呈近似线性关系；夹断后，趋于饱和。MOSFET与BJT有什么不同？（1）MOSFET只有一种载流子参与导电，而BJT有两种载 流子参与导电（2）MOSFET比BJT输入电阻大（3）MOSFET是VCCS,BJT是CCCS第10页/共50页3、VI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截止区 当 时，导电沟道尚未形成，为截止工作状态。无导电沟道第11页/共50页可变电阻区其中：为反型层中电子迁移率：栅极氧化层单位面积电容本征电导因子为电导常数，单位：有导电沟道且沟道未被夹断由于 较小，可近似为是一个受 控制的可变电阻。第12页/共50页饱和区(恒流区又称为放大区)，且问题：此时场效应管的VI特性 方程是怎样的？VI特性：是 时的 导电沟道被夹断后第13页/共50页（2）转移特性问题：为什么不考虑输入特性？ABCDEF第14页/共50页5.1.2 5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET1、结构(N沟道)二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子第15页/共50页当 时，沟道变宽当 时，沟道变窄当 时，沟道被夹断结论：可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流2 工作原理（N沟道）称为夹断电压第16页/共50页2、VI特性曲线及大信号特性方程（N沟道增强型）为零栅压的漏极电流，称为饱和漏极电流（N沟道耗尽型）第17页/共50页5.1.3 5.1.3 P沟道MOSFET 衬底是什么类型的半导体材料？哪个符号是增强型的？在增强型的P沟道MOSFET中，应加什么极性的 电压才能工作在饱和区（线性放大区）？问题：第18页/共50页5.1.45.1.4 沟道长度调制效应实际上饱和区的曲线并不是平坦的修正后L的单位为当不考虑沟道调制效应时，曲线是平坦的。第19页/共50页5.1.55.1.5 MOSFET的主要参数一、直流参数1.开启电压 （增强型参数）2.夹断电压 （耗尽型参数）4.直流输入电阻 （）二、交流参数1.输出电阻 NMOS增强型3.饱和漏电流 （耗尽型参数）当不考虑沟道调制效应时，第20页/共50页2.低频互导考虑到则第21页/共50页三、极限参数1.最大漏极电流3.最大漏源电压2.最大耗散功率4.最大栅源电压第22页/共50页组成原则：（1）静态：合适的静态工作点，使场效应管工作在 恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。（2）动态：能为交流信号提供通路。分析方法：静态分析：估算法、图解法动态分析：图解法、微变等效电路法5.2 5.2 MOSFET放大电路第23页/共50页5.2.1 5.2.1 MOSFET放大电路1.1.直流偏置及静态工作点的计算2.2.图解分析3.3.小信号模型分析*5.2.2*5.2.2 带PMOS负载的NMOS放大电路 （CMOS共源放大电路）5.2.1 5.2.1 MOSFET放大电路第24页/共50页FET放大电路的三种组态：共源极放大电路：输入在栅极，输出在漏极共漏极放大电路：输入在栅极，输出在源极共栅极放大电路：输入在源极，输出在漏极5.2.1 5.2.1 MOSFET放大电路第25页/共50页(1)简单的共源极放大电路（N沟道）1.1.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(3)电流源偏置的NMOS共源极放大电路问题：场效应管的静态点由哪些参数决定？第26页/共50页(1)简单的共源极放大电路（N沟道）共源极放大电路问题：如何画直流通路和交流通路？直流通路第27页/共50页共源极放大电路直流通路求Q点须满足 ，否则工作在截至区假设工作在饱和区，即验证是否满足如果不满足，则说明假设错误再假设工作在可变电阻区，即第28页/共50页例：试计算电路的静态工作点。解：假设工作在饱和区，即满足 假设成立，结果即为所求。第29页/共50页(2)带源极电阻的NMOS共源极放大电路求Q点需要验证是否满足饱和区第30页/共50页(3)电流源偏置的NMOS共源极放大电路电流源偏置静态时，求Q点饱和区有：第31页/共50页2.2.图解分析（交流分析)由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同QQ第32页/共50页3.3.小信号模型分析（1）模型（微变等效电路）（2）放大电路分析共源极放大电路第33页/共50页3.3.小信号模型分析互导漏极输出电阻第34页/共50页很大，可忽略低频小信号模型共源极放大电路高频小信号模型（1）模型（微变等效电路）第35页/共50页第36页/共50页第37页/共50页第38页/共50页场效应管放大电路小结：（1）场效应管放大器输入电阻大（2）场效应管共源放大器（漏极输出）输入输出反相，电压放大倍数大于1，（3）场效应管共漏极放大器输入输出同相，电压放大 倍数小于1且约等于1；输出电阻小第39页/共50页例：设求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。（1）估算各级静态工作点：第40页/共50页（2）动态分析第41页/共50页第一步：计算第二级的输入电阻第二步：计算各级电压放大倍数第三步：计算输入电阻、输出电阻第四步：计算总电压放大倍数第42页/共50页饱和区设静态时求Vo解：（1）先求假设工作在饱和区有：第43页/共50页假设工作在饱和区有：截止区所以：第44页/共50页5.5 5.5 各种放大器件电路性能比较管脚对应关系：BJT FET组态对应关系：BJT FETESCDBGCECSCCCDCBCG电压增益：第45页/共50页输入电阻：输出电阻：第46页/共50页放大电路如图所示，已知试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。第47页/共50页画中频小信号等效电路第48页/共50页根据电路有：由于：则：第49页/共50页感谢您的观看！第50页/共50页