場(chǎng)效應(yīng)管放大電路和模擬集成電路PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1場(chǎng)效應(yīng)管放大電路和模擬集成電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路和模擬集成電路P溝道溝道耗盡耗盡型型P溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道增強(qiáng)增強(qiáng)型型N溝道溝道N溝道溝道（耗盡型（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)場(chǎng)效應(yīng)管的分類：場(chǎng)效應(yīng)管的分類：( (電場(chǎng)效應(yīng)，單極性管，電壓控制電流電場(chǎng)效應(yīng)，單極性管，電壓控制電流) )增強(qiáng)型增強(qiáng)型：場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道：場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道耗盡型耗盡型：場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在：場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在N溝道溝道P溝道溝道（耗盡型（耗盡型）第1頁(yè)/共3

2、8頁(yè)場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)：N溝道溝道MOSFET耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型P溝道溝道MOSFETN溝道溝道JFET第2頁(yè)/共38頁(yè)工作原理工作原理 vGS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)vGS0時(shí)時(shí)（以（以N溝道溝道JFET為例）為例） 當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源電壓的柵源電壓vGS稱為稱為夾斷夾斷電壓電壓VP （ 或或VGS(off) ）。）。對(duì)于對(duì)于N溝道的溝道的JFET，VP 0。PN結(jié)反偏結(jié)反偏耗盡層加厚耗盡層加厚溝道變窄。溝道變窄。 vGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄。繼續(xù)變窄。第3頁(yè)/共38頁(yè)2. 工作原理工作原理（以（以N溝道溝道JFET為例）為

3、例） vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)vGS=0時(shí)，時(shí)，vDS ID g、d間間PN結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。 當(dāng)當(dāng)vDS增加到使增加到使vGD=VP 時(shí)，在緊靠漏時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)此時(shí)vDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng)夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻溝道電阻 ID基本不變基本不變第4頁(yè)/共38頁(yè)2. 工作原理工作原理（以（以N溝道溝道JFET為例）為例） vGS和和vDS同時(shí)作用時(shí)同時(shí)作用時(shí)當(dāng)當(dāng)VP vGS0 時(shí)，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，時(shí)，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，對(duì)于

4、同樣的對(duì)于同樣的vDS ， ID的值比的值比vGS=0時(shí)的值要小。時(shí)的值要小。在預(yù)夾斷處在預(yù)夾斷處vGD=vGS- -vDS =VP 第5頁(yè)/共38頁(yè)N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET工作原理工作原理（1）vGS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)vGSGS00時(shí)時(shí) 無導(dǎo)電溝道，無導(dǎo)電溝道， d、s間加電壓時(shí)，也間加電壓時(shí)，也無電流產(chǎn)生。無電流產(chǎn)生。當(dāng)當(dāng)00vGSGS V VT T ）時(shí)，時(shí)，vDSDS I ID D 溝道電位梯度溝道電位梯度 整個(gè)溝道呈整個(gè)溝道呈楔形分布楔形分布第7頁(yè)/共38頁(yè)當(dāng)當(dāng)vGSGS一定（一定（vGSGS V VT T ）時(shí)，時(shí)，vDSDS I ID D 溝道電位梯度

5、溝道電位梯度 當(dāng)當(dāng)vDSDS增加到使增加到使vGDGD= =V VT T 時(shí)，時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。2. 工作原理工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用在預(yù)夾斷處：在預(yù)夾斷處：vGDGD= =vGSGS- -vDSDS = =V VT T第8頁(yè)/共38頁(yè)預(yù)夾斷后，預(yù)夾斷后，vDSDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng)夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻溝道電阻 I ID D基本不變基本不變2. 工作原理工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用第9頁(yè)/共38頁(yè)2. 工作原理工作原理（3） vDS和和vGS同時(shí)作用時(shí)同時(shí)作用時(shí) vDSDS一定，一定，vGSGS變化時(shí)變化時(shí) 給定一個(gè)

6、給定一個(gè)vGSGS ，就有一條不就有一條不同的同的 iD D vDSDS 曲線曲線。第10頁(yè)/共38頁(yè)3. V-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程特性曲線及大信號(hào)特性方程 截止區(qū)截止區(qū)當(dāng)當(dāng)vGSVT時(shí)，導(dǎo)電溝道尚未形成，時(shí)，導(dǎo)電溝道尚未形成，iD0，為截止工作狀態(tài)。為截止工作狀態(tài)。 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) vDS（vGSVT） 飽和區(qū)飽和區(qū)（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）vGSGS V VT T ，且，且vDSDS（v vGSGSV VT T）第11頁(yè)/共38頁(yè)5.2 MOSFET放大電路放大電路5.2.1 MOSFET放大電路放大電路1. 直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算

7、2. 圖解分析圖解分析3. 小信號(hào)模型分析小信號(hào)模型分析第12頁(yè)/共38頁(yè)5.2.1 MOSFET放大電路放大電路1. 直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（1）簡(jiǎn)單的共源極放大電路簡(jiǎn)單的共源極放大電路（N溝道）溝道）直流通路直流通路共源極放大電路共源極放大電路第13頁(yè)/共38頁(yè)5.2.1 MOSFET放大電路放大電路1. 直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（1）簡(jiǎn)單的共源極放大電路簡(jiǎn)單的共源極放大電路（N溝道）溝道）DDg2g1g2GSVRRRV 2)(TGSnDVVKI dDDDDSRIVV 假設(shè)工作在飽和區(qū)，即假設(shè)工作在飽和區(qū)，即)(TGSDSVVV 驗(yàn)

8、證是否滿足驗(yàn)證是否滿足)(TGSDSVVV 如果不滿足，則說明假設(shè)錯(cuò)誤如果不滿足，則說明假設(shè)錯(cuò)誤須滿足須滿足VGS VT ，否則工作在截止區(qū)否則工作在截止區(qū)再假設(shè)工作在可變電阻區(qū)再假設(shè)工作在可變電阻區(qū))(TGSDSVVV 即即dDDDDSRIVV DSTGSnD )(vvVKI 2第14頁(yè)/共38頁(yè)5.2.1 MOSFET放大電路放大電路1. 直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（2）帶源極電阻的）帶源極電阻的NMOS共源極放大電路共源極放大電路2)(TGSnDVVKI 飽和區(qū)飽和區(qū)需要驗(yàn)證是否滿足需要驗(yàn)證是否滿足)(TGSDSVVV SGGSVVV )(2dDDDDSRRIV

9、V )(SSSSDDg2g1g2VVVRRR )(SSDVRI 第15頁(yè)/共38頁(yè)5.2.1 MOSFET放大電路放大電路3. 小信號(hào)模型分析小信號(hào)模型分析（1）模型模型第16頁(yè)/共38頁(yè)6.1 模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)6.3 差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性6.4 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器6.5 實(shí)際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對(duì)應(yīng)實(shí)際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對(duì)應(yīng) 用電路的影響用電路的影響6.2 差分式放大電路差分式放大電路第17頁(yè)/共38頁(yè)6.1 模擬集成電路中的模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)直流偏置技術(shù)第18頁(yè)/共38頁(yè)6.1 模

10、擬集成電路中的模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)直流偏置技術(shù)6.1.1 BJT電流源電路電流源電路1. 鏡像電流源鏡像電流源2. 微電流源微電流源第19頁(yè)/共38頁(yè)6.1.1 BJT電流源電路電流源電路1. 鏡像電流源鏡像電流源BE1BE2=VVE1E2= IIC1C2= IIT T1 1、T T2 2的參數(shù)全同的參數(shù)全同 即即12，ICEO1ICEO2 當(dāng)當(dāng)BJT的的較大時(shí)，基極電流較大時(shí)，基極電流IB可以忽略可以忽略 IoIC2IREF RVVRVVVEECCEEBECC)( 代表符號(hào)代表符號(hào)第20頁(yè)/共38頁(yè)6.1.1 BJT電流源電路電流源電路2. 微電流源微電流源e2BE2BE1RVV E

11、2C2OIII e2BERV 由于由于很小，很小，BEV 所以所以IC2也很小。也很小。第21頁(yè)/共38頁(yè)6.2 差分式放大電路差分式放大電路6.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)6.2.2 射極耦合差分式放大電路射極耦合差分式放大電路6.2.3 源極耦合差分式放大電路源極耦合差分式放大電路第22頁(yè)/共38頁(yè)6.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)1. 用三端器件組成的差分式放大電路用三端器件組成的差分式放大電路對(duì)差模信號(hào)無影響第23頁(yè)/共38頁(yè)2. 有關(guān)概念有關(guān)概念i2i1id=vvv 差模信號(hào)差模信號(hào))(21=i2i1icvvv 共模信號(hào)共模信號(hào)i

12、dod=vvv A差模電壓增益差模電壓增益icoc=vvv A共模電壓增益共模電壓增益icciddooo =vvvvvvvAA 總輸出電壓總輸出電壓其中其中ov 差模信號(hào)產(chǎn)生的輸出差模信號(hào)產(chǎn)生的輸出ov 共模信號(hào)產(chǎn)生的輸出共模信號(hào)產(chǎn)生的輸出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指標(biāo)反映抑制零漂能力的指標(biāo)cdCMR=vvAAK6.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)第24頁(yè)/共38頁(yè)2. 有關(guān)概念有關(guān)概念根據(jù)根據(jù)2=idici1vvv 2=idici2vvv i2i1id=vvv )(21=i2i1icvvv 有有 共模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中相同的部分共模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸

13、入端信號(hào)中相同的部分 差模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中不同的部分差模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中不同的部分 兩輸入端中的共模信號(hào)大小相等，相位相同；差模信號(hào)大小相等，相位相反。兩輸入端中的共模信號(hào)大小相等，相位相同；差模信號(hào)大小相等，相位相反。6.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)第25頁(yè)/共38頁(yè)uI2第26頁(yè)/共38頁(yè)6.2.2 射極耦合差分式放大電路射極耦合差分式放大電路1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理第27頁(yè)/共38頁(yè)6.2.2 射極耦合差分式放大電路射極耦合差分式放大電路1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理靜態(tài)靜態(tài)OCC2C121=IIII CE2C

14、E1=VV CCV)V7 . 0(c2CCC RIV c2CRIEVIIICB2B1 第28頁(yè)/共38頁(yè)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)僅輸入差模信號(hào)，僅輸入差模信號(hào)， i2i1vv和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。 O2O1vv和和大小相等，大小相等，, 2O1O2O1ovvvv信號(hào)被放大。信號(hào)被放大。相位相反。相位相反。1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理第29頁(yè)/共38頁(yè)2. 抑制零點(diǎn)漂移原理抑制零點(diǎn)漂移原理 溫度變化和電源電壓溫度變化和電源電壓波動(dòng)，都將使集電極電流波動(dòng)，都將使集電極電流產(chǎn)生變化。且變化趨勢(shì)是產(chǎn)生變化。且變化趨勢(shì)是相同的，相同的， 其效果相當(dāng)于在兩個(gè)其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入

15、了共模信號(hào)。輸入端加入了共模信號(hào)。第30頁(yè)/共38頁(yè)3. 主要指標(biāo)計(jì)算主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況）差模情況 idod=vvvAi2i1o2o1vvvv 接入負(fù)載時(shí)接入負(fù)載時(shí)i1o122vv becrR beLcd)21/(=rRRA v以雙倍的元器件換以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力取抑制零漂的能力 雙入、雙出雙入、雙出第31頁(yè)/共38頁(yè)3. 主要指標(biāo)計(jì)算主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況）差模情況 雙入、單出雙入、單出 ido1d1=vvvAi1o12vvd21vA bec2rR 接入負(fù)載時(shí)接入負(fù)載時(shí)beLcd2)/(=rRRA v第32頁(yè)/共38頁(yè)3. 主要指標(biāo)計(jì)算主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況）差模情況 單端輸入單端輸入eorr 等效于雙端輸入等效于雙端輸入 指標(biāo)計(jì)算與雙指標(biāo)計(jì)算與雙端輸入相同。端輸入相同。第33頁(yè)/共38頁(yè)共模輸入電壓共模輸入電壓差模輸入電壓差模輸入電壓3. 主要指標(biāo)計(jì)算主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況）差模情況 單端輸入單端輸入第34頁(yè)/共38頁(yè)3. 主要指標(biāo)計(jì)算主要指標(biāo)計(jì)算（2）共模情況）共模情況 雙端輸出雙端輸出 共模信號(hào)的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。共模信號(hào)的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。所以所以0oc2oc1oc vvv0icocc vvvA共模增益共模增益第35頁(yè)/共38頁(yè) 單端輸出單端輸出icoc1c1vvv A抑制零漂能力增強(qiáng)