MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路課件

1、MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,1,5.3 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,場(chǎng)效應(yīng)管的源極、柵極和漏極分別對(duì)應(yīng)于晶體管的射極、基極和集電極。與晶體管的共射、共基和共集三種組態(tài)相對(duì)應(yīng)，場(chǎng)效應(yīng)管也有共源、共柵和共漏三種組態(tài)。,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,2,5.3 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,一、場(chǎng)效應(yīng)管的偏置電路 二、場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的確定 三、場(chǎng)效應(yīng)管的動(dòng)態(tài)分析 四、場(chǎng)效應(yīng)管三種組態(tài)放大性能的比較 五、應(yīng)用舉例,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,3,一、場(chǎng)效應(yīng)管的偏置電路,與晶體管放大器類(lèi)似，靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置對(duì)放大器的性能至關(guān)重要。在場(chǎng)效應(yīng)管放大器中，由于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管與耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的uGS=0時(shí)，iD0，故可以采用自偏壓方式，如

2、圖所示：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,4,一、場(chǎng)效應(yīng)管的偏置電路,在靜態(tài)時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管柵極電流為零，因此柵極電壓為零；而漏極電流不為零，必然在源極電阻上產(chǎn)生壓降，使柵源電壓為負(fù)，獲得合適的工作點(diǎn)。,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,5,一、場(chǎng)效應(yīng)管的偏置電路,對(duì)于增強(qiáng)型MOSFET，由于uGS=0時(shí)，iD=0，故一定要采用分壓式偏置或混合式偏置方式，如圖所示：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,6,一、場(chǎng)效應(yīng)管的偏置電路,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,7,二、場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的確定,1、圖解法 在場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)上做出柵源回路直流負(fù)載線(xiàn)的方程，其交點(diǎn)即為工作點(diǎn)。,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,8,二、場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的確

3、定,對(duì)于（a)圖，Q1為JFET的工作點(diǎn)，Q2為耗盡型MOSFET的工作點(diǎn)； 對(duì)于（b)圖，Q1為JFET的工作點(diǎn)，Q2為耗盡型MOSFET的工作點(diǎn)，Q3增強(qiáng)型MOSFET的工作點(diǎn)。,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,9,二、場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的確定,2、解析法 耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的電流方程為： 把它在靜態(tài)時(shí)的表達(dá)式與柵源間靜態(tài)電壓的表達(dá)式聯(lián)立即可求出IDQ和UDSQ：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,10,二、場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的確定,增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的電流方程為： 把它在靜態(tài)時(shí)的表達(dá)式與柵源間靜態(tài)電壓的表達(dá)式聯(lián)立即可求出IDQ和UDSQ：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,11,二、場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的確定,把下式代入上式

4、，解關(guān)于iD的二次方程，有兩個(gè)根，舍去不合理的一個(gè)根，留下合理的一個(gè)根便是IDQ。 而,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,12,三、場(chǎng)效應(yīng)管的動(dòng)態(tài)分析,1、場(chǎng)效應(yīng)管的小信號(hào)等效模型 2、共源放大電路的分析 3、共漏放大電路的分析 4、共柵放大電路的分析,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,13,場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型,與晶體管模型的導(dǎo)出相類(lèi)似，iD是uGS 和uDS的函數(shù)： iD=f(uGS， uDS） 研究動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)用全微分表示：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,14,場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型,定義： 當(dāng)信號(hào)較小時(shí)，管子的電壓、電流僅在Q點(diǎn)附近變化，可以認(rèn)為是線(xiàn)形的，gm與rds近似為常數(shù)，用有效值表示：,MO

5、S場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,15,場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型,由此式可畫(huà)出場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型： 可見(jiàn)場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型比晶體管還要簡(jiǎn)單。,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,16,場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型,可以從場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性曲線(xiàn)上求出gm與rds： 由轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)可知，gm是uDS=UDSQ那條曲線(xiàn)上Q點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)。由于gm是輸出回路電流與輸入回路電壓之比，所以稱(chēng)為跨導(dǎo)。,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,17,場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型,由輸出特性曲線(xiàn)可知， rds是uGS=UGSQ這條曲線(xiàn)上Q點(diǎn)處斜率的倒數(shù)，描述曲線(xiàn)上翹的程度。,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,18,場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信

6、號(hào)等效模型,由于rds的值很大，可以忽略，得到簡(jiǎn)化的等效模型：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,19,場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型,對(duì)增強(qiáng)型MOS管，可用電流方程求出gm的表達(dá)式：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,20,場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型,增強(qiáng)型MOS管在小信號(hào)作用時(shí)，可用IDQ代替iD，得出：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,21,場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型,對(duì)耗盡型MOS管，同樣可用電流方程作類(lèi)似的推導(dǎo)求出gm的表達(dá)式，電流方程和推導(dǎo)如下：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,22,場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型,耗盡型MOS管在小信號(hào)作用時(shí)，可用IDQ代替iD，得出：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,23,場(chǎng)效應(yīng)管的高頻

7、等效模型,場(chǎng)效應(yīng)管各極之間同樣也存在電容，因而其高頻響應(yīng)與晶體管類(lèi)似。根據(jù)結(jié)構(gòu)可得高頻模型如下：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,24,場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型,大多數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)如下表：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,25,場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型,從表中可以看出，rgs和rds數(shù)值很大，可以忽略；跨接在gd之間的電容Cgd可以用與晶體管分析相同的方法折合到輸入和輸出回路：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,26,場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型,由于輸出回路的時(shí)間常數(shù)比輸入回路小得多，可忽略 的影響，綜上所述，可得簡(jiǎn)化模型:,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,27, 電路結(jié)構(gòu),2、共源放大電路的分析,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,28,2、

8、共源放大電路的分析,交流分析 先畫(huà)出交流通路：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,29,2、共源放大電路的分析,交流分析 再畫(huà)出交流等效電路：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,30,再根據(jù)等效電路計(jì)算交流性能： 電壓放大倍數(shù) 電壓放大倍數(shù)為負(fù)值，說(shuō)明輸出電壓與輸入電壓反相。,2、共源放大電路的分析,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,31,2、共源放大電路的分析,如果有信號(hào)源內(nèi)阻RS時(shí)： 輸入電阻 Ri= = Rg1Rg2 輸出電阻 RO=RD,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,32,3、共漏放大電路的分析,電路結(jié)構(gòu) 一個(gè)共漏放大器的電路圖如下：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,33,3、共漏放大電路的分析,交流分析 先畫(huà)出交流通路：,MO

9、S場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,34,3、共漏放大電路的分析,交流分析 再畫(huà)出交流等效電路：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,35,3、共漏放大電路的分析,再根據(jù)等效電路計(jì)算交流性能： 電壓放大倍數(shù)：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,36,3、共漏放大電路的分析,電壓放大倍數(shù)為正值，表示輸出電壓與輸入電壓同相。,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,37,3、共漏放大電路的分析, 輸入電阻：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,38,3、共漏放大電路的分析, 輸出電阻：,Us置零后，電路輸入部分無(wú)電流流過(guò)，所以g點(diǎn)電壓與d點(diǎn)相同,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,39,4、共柵放大電路的分析,電路結(jié)構(gòu) 一個(gè)共柵放大器的電路圖如下：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,

10、40,4、共柵放大電路的分析,交流性能分析 先畫(huà)出交流通路：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,41,4、共柵放大電路的分析,交流性能分析 再畫(huà)出交流等效電路：,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,42,再根據(jù)等效電路計(jì)算交流性能：,4、共柵放大電路的分析,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,43,四、場(chǎng)效應(yīng)管三種組態(tài)放大性能的比較,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,44,五、應(yīng)用舉例,例1、電路如圖。已知UGS(off)=-4V，IDSS=1mA，VDD=16V，RG1=160K， RG4=40K， RG=1M， RD=10K， RS=8K， RL=1M，試計(jì)算：1、靜態(tài)工作點(diǎn)Q；2、輸入電阻Ri和輸出電阻RO；3、電壓放大倍數(shù) 。,

11、MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,45,五、應(yīng)用舉例,解： 1、計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Q,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,46,五、應(yīng)用舉例,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,47,五、應(yīng)用舉例,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,48,五、應(yīng)用舉例,2、計(jì)算輸入電阻Ri和輸出電阻RO,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,49,五、應(yīng)用舉例,3、計(jì)算電壓放大倍數(shù) 。,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,50,五、應(yīng)用舉例,例2、電路如圖。已知場(chǎng)效應(yīng)管的UGS(off)=-4V， IDSS=2mA， VDD=15V， RG=1M， RL=1M， RS=8K，試計(jì)算： 1、靜態(tài)工作點(diǎn)Q； 2、輸入電阻Ri和輸出電阻RO； 3、電壓放大倍數(shù) 。,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,

12、51,五、應(yīng)用舉例,解： 1、計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Q,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,52,五、應(yīng)用舉例,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,53,五、應(yīng)用舉例,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,54,五、應(yīng)用舉例,2、計(jì)算輸入電阻Ri和輸出電阻RO,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,55,五、應(yīng)用舉例,3、計(jì)算電壓放大倍數(shù) 。,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,56,注意事項(xiàng) (1)在使用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，要注意漏源電壓UDS、漏源電流ID、柵源電壓UGS及耗散功率等值不能超過(guò)最大允許值。 (2)場(chǎng)效應(yīng)管從結(jié)構(gòu)上看漏源兩極是對(duì)稱(chēng)的，可以互相調(diào)用，但有些產(chǎn)品制作時(shí)已將襯底和源極在內(nèi)部連在一起，這時(shí)漏源兩極不能對(duì)換用。 (3)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的柵源電壓UGS不能加正向電壓，因?yàn)樗ぷ髟诜雌珷顟B(tài)。通常各極在開(kāi)路狀態(tài)下保存。,MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,57,(4)絕緣柵型場(chǎng)