場效應(yīng)管放大電路精講

1、20-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-1.MOSFETNMOSPMOS增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS(E型型NMOS)耗盡型耗盡型NMOS (D型型NMOS)增強(qiáng)型增強(qiáng)型PMOS(E型型PMOS)耗盡型耗盡型PMOS (D型型PMOS)2.2.工作原理工作原理3.3.特性曲線特性曲線4. MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù)上上 講講 回回 顧顧5.1 金屬氧化物半導(dǎo)體金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)管場效應(yīng)管120-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-5.2 MOSFET放大電路放大電路MOSFET和和BJT放大電路的組態(tài)比較：放大電路的組態(tài)比較：共源極組態(tài)共源極組態(tài)vi接?xùn)艠O接?xùn)艠OGv0

2、接漏極接漏極D共射極組態(tài)共射極組態(tài)vi接基極接基極Bv0接集電極接集電極C共漏極組態(tài)共漏極組態(tài)vi接?xùn)艠O接?xùn)艠OGv0接源極接源極S共集電極組態(tài)共集電極組態(tài)vi接基極接基極Bv0接射極接射極E共柵極組態(tài)共柵極組態(tài)vi接源極接源極Sv0接漏極接漏極D共基極組態(tài)共基極組態(tài)vi接射極接射極Ev0接集電極接集電極C三極管共射極(b)共集電極(c)共基極(b)場效應(yīng)管 共源極(s)共漏極(d)共柵極(g)220-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-5.2.1 簡單共源極放大電路的直流分析簡單共源極放大電路的直流分析gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2v0viCb2步驟步驟直流通路直流通路VGID

3、VS5.2 MOSFET放大電路放大電路1 假設(shè)假設(shè)MOS管工作于飽和區(qū)，則有管工作于飽和區(qū)，則有 VGSQVT，IDQ0，VDSQVGSQ-VT2 利用飽和區(qū)的利用飽和區(qū)的V-I曲線分析電路：曲線分析電路：2()DnGSTIK VV3 如果出現(xiàn)如果出現(xiàn)VGSVT，則，則MOS管可能截至，如果管可能截至，如果 VDSVGS-VT，則說明，則說明NMOS確工作于飽確工作于飽和區(qū)；若和區(qū)；若VDS (VGS-VT)=2-1=1V說明管子工作在飽和狀態(tài)，與最初假設(shè)一致。說明管子工作在飽和狀態(tài)，與最初假設(shè)一致。720-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2v

4、0viCb2靜態(tài)值：靜態(tài)值：VGSQ、IDQ、VDSQ外加信號電壓波形：外加信號電壓波形：tvi因?yàn)椋阂驗(yàn)椋簐GS=VGSQ+vi所以所以vGS的波形為的波形為：iD=IDQ+gmvitvGSVGSQVGSQ1VGSQ20tiD IDQ IDQ1 IDQ20負(fù)載線方程：負(fù)載線方程：iD=- +VDDvDSRdRd是一條過是一條過(VDD,0)和和(0,VDD/RD)的直線的直線5.2.3 NMOS共源極放大電路的圖解分析共源極放大電路的圖解分析5.2 MOSFET放大電路放大電路820-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-vDS/ViD(mA)vGS/ViD(mA)VGSQVDDVDDR

5、dQQ1Q2viIDQvDSttVDSQ5.2.3 NMOS共源極放大電路的圖解分析共源極放大電路的圖解分析5.2 MOSFET放大電路放大電路920-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-1.NMOS管的管的小小信號模型信號模型雙端口雙端口 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)gsdsvgsvdsid工作在飽和區(qū)的工作在飽和區(qū)的漏極電流漏極電流iD:2DnGSTiKvV22nGSQgsTnGSQTgsKVvVKVVv222gsnGSQTnGSQTgsnKVVKVVvK vIDQidgmvgs諧波分量越小越諧波分量越小越好，一般取為好，一般取為0。ig0,輸入端相當(dāng)于開路；輸入端相當(dāng)于開路；idgmvgs，輸出回路等

6、效成一個(gè)電壓控制電流源。，輸出回路等效成一個(gè)電壓控制電流源。gm=2Kn(VGSQ-VT)5.2.4 NMOS共源極放大電路的小信號模型共源極放大電路的小信號模型5.2 MOSFET放大電路放大電路1020-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-場效應(yīng)管輸出特性表達(dá)式：場效應(yīng)管輸出特性表達(dá)式：),(=DSGSDvvfiDSVDSDGSVGSDDdvvidvvidiGSDS求全微分求全微分:dsVDSDrviGS1漏極與源極間等效電導(dǎo)，相當(dāng)于輸出特漏極與源極間等效電導(dǎo)，相當(dāng)于輸出特性曲線斜率的倒數(shù)，為無窮大性曲線斜率的倒數(shù)，為無窮大mVGSDgviDS其中：其中：為低頻跨導(dǎo)為低頻跨導(dǎo),是轉(zhuǎn)移

7、特性曲線是轉(zhuǎn)移特性曲線Q點(diǎn)的斜率點(diǎn)的斜率5.2.4 NMOS共源極放大電路的小信號模型共源極放大電路的小信號模型5.2 MOSFET放大電路放大電路雙端口雙端口 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)gsdsvgsvdsidDSdsGSmDdvrdvgdi11dmgsdsdsig vvr變化量變化量由該式可得到場效應(yīng)管的微變等效電路由該式可得到場效應(yīng)管的微變等效電路1.NMOS管的管的小小信號模型信號模型1120-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-漏極與源極間等效電導(dǎo)，相當(dāng)于輸出特漏極與源極間等效電導(dǎo)，相當(dāng)于輸出特性曲線斜率的倒數(shù)，為無窮大性曲線斜率的倒數(shù)，為無窮大為低頻跨導(dǎo)為低頻跨導(dǎo),是轉(zhuǎn)移特性曲線是轉(zhuǎn)移特性曲線

8、Q點(diǎn)的斜率點(diǎn)的斜率5.2.4 NMOS共源極放大電路的小信號模型共源極放大電路的小信號模型5.2 MOSFET放大電路放大電路雙端口雙端口 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)gsdsvgsvdsidgsgmvgsvgs+-rds+-vdsidd因因rds很大，可忽略，很大，可忽略，得簡化小信號模型得簡化小信號模型:可得到場效應(yīng)管放大電路的微變等效電路可得到場效應(yīng)管放大電路的微變等效電路1dmgsdsdsig vvr1.NMOS管的管的小小信號模型信號模型1220-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-5.2.4 NMOS共源極放大電路的小信號模型共源極放大電路的小信號模型5.2 MOSFET放大電路放大電路2. 場

9、效應(yīng)管放大電路的微變等效電路場效應(yīng)管放大電路的微變等效電路gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2v0viCb2 首先將電容、電源短路得首先將電容、電源短路得到交流通路：到交流通路：小信號模型：小信號模型：rdsgsdgmvgsvgs+-+-v0idvi+-RgRd1320-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-5.2.4 NMOS共源極放大電路的小信號模型共源極放大電路的小信號模型5.2 MOSFET放大電路放大電路2. 場效應(yīng)管放大電路的微變等效電路場效應(yīng)管放大電路的微變等效電路 首先將電容、電源短路得首先將電容、電源短路得到交流通路：到交流通路：小信號模型：小信號模型：rdsgsdg

10、mvgsvgs+-+-v0idvi+-RgRd(1)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)0(/)mgsdsdvigsmdg vrRvAvvg R (2)輸入電阻輸入電阻 Ri=Rg1/Rg2(3)輸出電阻輸出電阻 R0=Rd1420-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2v0viCb2R 首先將電容、電源短路得首先將電容、電源短路得到交流通路：到交流通路： 小信號模型：小信號模型：rdsgsdgmvgsvgs+-+-v0idvi+-RRgRd5.2.4 NMOS共源極放大電路的小信號模型共源極放大電路的小信號模型5.2 MOSFET放大電路放大電路2. 場效應(yīng)管

11、放大電路的微變等效電路場效應(yīng)管放大電路的微變等效電路(1)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)01mgsdvigsmgsmdmg v RvAvvg v Rg Rg R (2)輸入電阻輸入電阻 Ri=Rg1/Rg2(3)輸出電阻輸出電阻R0=Rd1520-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-gdsBVDDRdRg1Rg2idviCb2Cb2v0Cb2v0R 首先將電容、電源短路得首先將電容、電源短路得到交流通路：到交流通路： 小信號模型：小信號模型：v0+rdsgsdgmvgsvgs+-idvi+-RRgdgvgs+idgmvgsvi+-srdsRv0Rg(1)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)0(/ )(/

12、)m gsdsvigsm gsdsg vrRvAvvg vrR取取rds為無窮時(shí)：為無窮時(shí)：(/ )1(/ )mdsmdsgrRgrR1mmg Rg R(2)輸入電阻輸入電阻Ri=Rg1/Rg2(3)輸出電阻輸出電阻R0=R/rds/gm1推推 導(dǎo)導(dǎo)5.2.5 NMOS共漏極放大電路的小信號模型共漏極放大電路的小信號模型5.2 MOSFET放大電路放大電路1620-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-dgvgs+idgmvgsvi+-srdsRv0Rg輸出電阻輸出電阻R0的計(jì)算：的計(jì)算：RsvTiTR0=vTiTiRirvgs=-vTiT=iR +ir -gmvgsTTTmTdsvvig

13、 vRr11/11TdsTmmdsvRriggRr5.2.5 NMOS共漏極放大電路的小信號模型共漏極放大電路的小信號模型5.2 MOSFET放大電路放大電路1720-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-例例.Rg1=60K，Rg2=40K，Rd=15K，VDD=5V，VT=1V，n=0.2mA/V2，RL=15K計(jì)算計(jì)算IDQ、VDSQ；Av、Ri、R0。+-vi解解.21240526040gGSQDDggRVVVRR若管子工作在飽和區(qū)，則若管子工作在飽和區(qū)，則2()DQnGSTIKVV=0.2(2-1)2=0.2mA(50.2 15)2DSQDDDdVVI RV可見可見:2 11DS

14、QGSQTVVVV 說明管子工作在飽和區(qū)說明管子工作在飽和區(qū).1820-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-(1)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)gm=2Kn(VGS-VT) =20.2 (2-1)=0.4mS150.432vmLAg R (2)輸入電阻輸入電阻Ri=Rg1/Rg2=60/40=24K(3)輸出電阻輸出電阻R0=Rd=15K+-vi例例.Rg1=60K，Rg2=40K，Rd=15K，VDD=5V，VT=1V，n=0.2mA/V2，RL=15K計(jì)算計(jì)算IDQ、VDSQ；Av、Ri、R0。解解.1920-5 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路20-本講小結(jié)本講小結(jié)5.2 MOSFET放大電路放大