模電0場效應(yīng)管及放大2課件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電子教案V1.0陳大欽主編1目錄第1章緒論第2章半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路第3章半導(dǎo)體三極管及其放大電路基礎(chǔ)第4章多級放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)第5章信號運算電路第6章負(fù)反饋放大電路第7章信號處理與產(chǎn)生電路第8章場效應(yīng)管及其放大電路第9章功率放大電路第10章集成運算放大器第11章直流電源模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)28場效應(yīng)管及其放大電路8.2結(jié)型場效應(yīng)管8.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)管8.3場效應(yīng)管放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)8場效應(yīng)管及其放大電路8.4各種放大器件及電路性能比較類比：與BJT放大電路自學(xué)（歸納、比較）簡單介紹，與JFET對比掌握場效應(yīng)管的工作原理注意與BJT的異同點3已知圖示放大電路中三極管的=60，rbe=3k。(1)若電容C3斷開，求Ri(2)接上C3后，求Ri。分析舉例5引言8場效應(yīng)管放大電路1、問題的引出進(jìn)一步提高Ri，但BJT的Je正偏，rbe較小sgdvBEvCEiBcebiC6引言8場效應(yīng)管放大電路1、問題的引出2、分類進(jìn)一步提高Ri，但BJT的Je正偏，rbe較小FET場效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型N溝道P溝道增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）78.2.1結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)和符號N型導(dǎo)電溝道漏極D(d)源極S(s)導(dǎo)電溝道電阻——長度、寬度、摻雜P+P+反偏的PN結(jié)——反偏電壓控制耗盡層結(jié)構(gòu)特點:空間電荷區(qū)（耗盡層）柵極G(g)9圖8.2.1N溝道結(jié)型場效應(yīng)管(a)結(jié)構(gòu)剖面圖(b)結(jié)構(gòu)示意圖導(dǎo)電溝道8.2.1結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)和符號2.工作原理①VGS對溝道的控制作用(VDS=0)②VDS對溝道的影響(VGS=0)③

VGS和VDS同時作用時102.工作原理8.2.1結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理VGS=0VGS＜0(反偏)VGS=VP耗盡層加厚|VGS|

增加溝道變窄溝道電阻增大全夾斷（夾斷電壓）①VGS對溝道的控制作用(VDS=0)112.工作原理8.2.1結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理②VDS對溝道的影響(VGS=0)132.工作原理③

VGS和VDS同時作用時14綜上分析可知溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，

所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。#

為什么JFET的輸入電阻比BJT高得多？

JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因此

iG0，輸入電阻很高。15VP8.2.2結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線及參數(shù)#

JFET有正常放大作用時，溝道處于什么狀態(tài)？2.轉(zhuǎn)移特性1.輸出特性178.2.2結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線及參數(shù)3.主要參數(shù)①夾斷電壓VP(或VGS(off))：②飽和漏極電流IDSS：漏極電流約為零時的VGS值。VGS=0時對應(yīng)的漏極電流。③直流輸入電阻RGS：結(jié)型FET，反偏時RGS約大于107Ω。⑤最大漏極功耗PDM④最大漏源電壓V(BR)DS

；最大柵源電壓V(BR)GS⑦輸出電阻rd：⑥低頻跨導(dǎo)gm：或低頻跨導(dǎo)反映了vGS對iD的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是mS(毫西門子)。188.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)管8.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管8.1.2N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管8.1.3P溝道MOS場效應(yīng)管8.1.4MOS場效應(yīng)管的主要參數(shù)191.結(jié)構(gòu)8.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管21

2.工作原理8.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管228.1.2N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管N溝道增強型MOS管238.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管8.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)管BJT三極管場效應(yīng)管電流控制電流型器件電壓控制電流型器件雙極型器件單極型器件場效應(yīng)管按基本結(jié)構(gòu)分類:金屬一氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOSFET）結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）N溝道（電子型）P溝道（空穴型）增強型耗盡型重點討論N溝道增強型MOS管1.結(jié)構(gòu)2.工作原理3.特性曲線與特性方程4.溝道長度調(diào)制效應(yīng)251.結(jié)構(gòu)8.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管(a)結(jié)構(gòu)圖(b)結(jié)構(gòu)剖面圖(c)電路符號圖8.1.1N溝道增強型MOSFET結(jié)構(gòu)及符號262.工作原理8.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管（1）vGS對iD的控制作用①

vGS＝0，沒有導(dǎo)電溝道②

vGS≥VT時，出現(xiàn)N型溝道（2）vDS對iD的影響①

vDS較小時，iD迅速增大②

vDS較大出現(xiàn)夾斷時，iD趨于飽和272.工作原理8.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管（d）（c）圖8.1.2①

vDS較小時，iD迅速增大②

vDS較大出現(xiàn)夾斷時，iD趨于飽和（2）vDS對iD的影響導(dǎo)電溝道形成后加上vDS，將產(chǎn)生iD。在vGS和vDS共同作用下的綜合電位梯度，使得溝道厚度不均勻，靠近漏極一端的溝道最薄。當(dāng)vDS較小時，溝道厚度不均勻現(xiàn)象對溝道影響較小。當(dāng)vDS到使vGD=vGSvDS=VT時，漏極一端的溝道厚度為零，這種情況稱為預(yù)夾斷。當(dāng)vDS繼續(xù)，使vGSvDS<VT時，形成一夾斷區(qū)。vDS部分主要降落在夾斷區(qū)，形成較強的電場，電子仍能克服夾斷區(qū)阻力到達(dá)漏極。但導(dǎo)電溝道的電場基本上不隨vDS而，iD趨于飽和，僅取決于vGS。292.工作原理8.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管圖8.1.2N溝道增強型MOSFET的基本工作原理示意圖①當(dāng)vGS＜VT時，沒有導(dǎo)電溝道，iD＝0。②當(dāng)vGS≥VT，導(dǎo)電溝道形成，iD0。 vDS較小，導(dǎo)電溝道預(yù)夾斷前，iD與vDS成線性關(guān)系。 當(dāng)vDS到預(yù)夾斷出現(xiàn)后，iD趨于飽和。③漏極電流iD受柵源電壓vGS控制，因此場效應(yīng)管是電壓控制電流器件。由上述分析可知：303.特性曲線與特性方程8.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管(1)輸出特性及特性方程(2)轉(zhuǎn)移特性(1)輸入特性曲線(2)輸出特性曲線31(1)輸出特性及特性方程3.特性曲線與特性方程8.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管圖8.1.3N溝道增強型MOS管輸出特性①截止區(qū)②可變電阻區(qū)③飽和區(qū)（恒流區(qū)、放大區(qū)）vGS<VT，沒有導(dǎo)電溝道，iD＝0。vGS＞VT，有溝道；但vDS≤(vGSVT)，導(dǎo)電溝道未預(yù)夾斷。漏源之間可以看成受vGS控制的可變電阻vDS≥(vGSVT)，導(dǎo)電溝道預(yù)夾斷后。32(2)轉(zhuǎn)移特性3.特性曲線與特性方程8.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管圖8.1.4N溝道增強型MOS管轉(zhuǎn)移特性圖8.1.3N溝道增強型MOS管輸出特性轉(zhuǎn)移特性可以直接從輸出特性上用作圖法求出。在飽和區(qū)內(nèi)，不同vDS下的轉(zhuǎn)移特性基本重合。334.溝道長度調(diào)制效應(yīng)8.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管在理想情況下，當(dāng)MOS場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)時，vDS對iD的影響可以忽略，輸出特性曲線與橫坐標(biāo)軸平行。對于典型器件，的值可近似表示為:

而實際的輸出特性曲線在飽和區(qū)會略向上傾斜，即vDS增加時，iD會略有增加。這是因為vDS對溝道長度L的調(diào)制作用，常用溝道長度調(diào)制參數(shù)對描述輸出特性的公式進(jìn)行修正。電導(dǎo)常數(shù)Kn(單位:mA/V2)式中:Kn稱為本征導(dǎo)電因子（通常為常量），n是反型層中電子遷移率，Cox為氧化層單位面積電容。溝道長度L（一般為0.5～10m）和寬度W（一般為0.5～50m），34圖8.1.5N溝道耗盡型MOSFET(b)電路符號(a)結(jié)構(gòu)剖面圖1.結(jié)構(gòu)和工作原理簡述耗盡型與增強型的區(qū)別:生產(chǎn)耗盡型MOS管時，在SiO2絕緣層中摻入大量正離子。在正離子的作用下，即使vGS=0，也會在P型襯底上感應(yīng)出電子，形成N型溝道，此時只要加上正的vDS，就會產(chǎn)生電流iD。當(dāng)vGS＜0時，則溝道變窄，從而使iD減小。當(dāng)vGS＞0時，柵極與溝道間的電場將在溝道中感應(yīng)出更多的電子，使溝道變寬，溝道電阻減小，iD增加。當(dāng)vGS＜0并達(dá)到某值時，使感應(yīng)的電子消失，溝道完全被夾斷。這時即使加正向vDS，也不會有電流iD。此時的柵源電壓稱為夾斷電壓Vp。358.1.2N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管8.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)管2.特性曲線與特性方程圖8.1.6N溝道耗盡型MOS管特性曲線(a)輸出特性曲線(b)轉(zhuǎn)移特性①截止區(qū)②可變電阻區(qū)③飽和區(qū)（恒流區(qū)、放大區(qū)）vGS＜VP，iD=0vGS＞VP，0＜vDS＜vGSVP

vGS＞VP，vDS≥vGSVP

考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)，則368.1.3P溝道MOS場效應(yīng)管8.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)管P溝道MOS管是在N型襯底表面生成P型反型層作為溝道。P溝道MOS管與N溝道MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理類似，并且也有增強型和耗盡型兩種。使用時，vGS、vDS的極性與N溝道MOS管相反。P溝道增強型MOS管的開啟電壓VT是負(fù)值，而P溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓VP為正值。P溝道增強型MOSFETN溝道增強型MOSFETP溝道耗盡型MOSFETN溝道耗盡型MOSFET37三、極限參數(shù)1.開啟電壓VT2.夾斷電壓VP一、直流參數(shù)二、交流參數(shù)3.飽和漏電流IDSS4.直流輸入電阻RGS1.低頻跨導(dǎo)gm2.輸出電阻rds

3.極間電容Cgs、Cgd

1.最大漏極電流IDM2.最大耗散功率PDM3.最大漏源電壓V(BR)DS4.最大柵源電壓V(BR)GS38一、直流參數(shù)8.1.4MOS場效應(yīng)管的主要參數(shù)8.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)管1.開啟電壓VT2.夾斷電壓VP3.飽和漏電流IDSS4.直流輸入電阻RGSVT是增強型MOS管的參數(shù)。當(dāng)vDS為某一固定值（例如10V），使iD等于一個微小的電流（例如50A）時，柵源之間所加的電壓。VP是耗盡型MOS管的參數(shù)。令vDS為某一固定值（例如10V），使iD等于一個微小的電流（例如20A）時，柵源之間所加的電壓。IDSS是耗盡型FET的參數(shù)。在vGS=0的條件下，產(chǎn)生預(yù)夾斷時的漏極電流。在漏源之間短路的條件下，柵源之間加一定電壓時的柵源直流電阻就是直流輸入電阻RGS。MOS管的RGS可達(dá)109～1015。39二、交流參數(shù)8.1.4MOS場效應(yīng)管的主要參數(shù)8.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)管1.低頻跨導(dǎo)gm3.極間電容Cgs、Cgd

2.輸出電阻rds

Cgs是柵源極間電容，約為1~3pF，Cgd是柵漏極間電容，約為0.1~1pF。在低頻情況下，它們的影響可以忽略，但在高頻工作時，必須予以考慮。是輸出特性某一點上切線斜率的倒數(shù)，說明vDS對iD的影響。在飽和區(qū)內(nèi)，iD幾乎不隨vDS而變化，故rds?？紤]溝道調(diào)制效應(yīng)(增強型MOS)，有它是轉(zhuǎn)移特性上工作點的切線的斜率，反映了柵源電壓對漏極電流的控制能力。gm隨工作點的不同而變，一般在十分之幾至幾mS的范圍內(nèi)，特殊的可達(dá)100mS，甚至更高。40三、極限參數(shù)8.1.4MOS場效應(yīng)管的主要參數(shù)8.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)管1.最大漏極電流IDM2.最大耗散功率PDM3.最大漏源電壓V(BR)DS4.最大柵源電壓V(BR)GS是指柵源間的PN結(jié)發(fā)生反向擊穿，反向電流開始急劇增加時的vGS值。是指發(fā)生雪崩擊穿、iD開始急劇上升時的vDS值。PD＝vDSiD，這些耗散功率將變?yōu)闊崮埽构茏拥臏囟壬?。為了限制它的溫度不要升得太高，就要限制它的耗散功率不能超過最大數(shù)值PDM。顯然，PDM受管子最高工作溫度的限制。IDM是管子正常工作時允許的最大漏極電流。41vGS=VPvGS=VT各種FET的特性比較428.3場效應(yīng)管放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)8.3.1場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析8.3.2場效應(yīng)管的微變等效電路8.3.3場效應(yīng)管電流源8.3.4場效應(yīng)管差分放大電路43分析思路8.3場效應(yīng)管放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)VP兩個要點：1、合適的靜態(tài)工作點2、疊加原理的應(yīng)用448.3.1場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析8.3場效應(yīng)管放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)1.直流偏置電路（b）分壓式自偏壓電路分壓式射極偏置電路耗盡MOS管結(jié)型場效應(yīng)管增強MOS管458.3.1場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析8.3場效應(yīng)管放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)1.直流偏置電路（b）分壓式自偏壓電路（a）自偏壓電路耗盡MOS管結(jié)型場效應(yīng)管圖8.3.1場效應(yīng)管的兩種偏置電路468.3.1場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析8.3場效應(yīng)管放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)2.靜態(tài)工作點的確定公式估算法公式估算法確定靜態(tài)工作點(VGSQ、IDQ和VDSQ)：圖解法與半導(dǎo)體三極管放大電路類似飽和區(qū)轉(zhuǎn)移特性方程G、S偏置方程溝道所在回路KVL方程耗盡MOS管結(jié)型場效應(yīng)管增強MOS管分壓式自偏壓電路自偏壓電路對于N溝道增強型場效應(yīng)管，如果計算出的VDSQ＞VGSQVT，說明該場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)。47例8.3.4 共漏極電路如圖8.3.8所示，其中場效應(yīng)管為N溝道結(jié)型 場效應(yīng)管。已知Rg1=2M，Rg2=47k，Rg3=10M，Rd=30k，R=2k，VDD=18V，場效應(yīng)管的VP=1V，Kn=0.5mA/V2，且=0。試確定Q點，并計算電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。圖8.3.8例8.3.4電路解：①首先計算Q點VGSQ=0.42IDQ

設(shè)場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)因IDSS=0.5mA，所以IDQ=0.31mA。 VGSQ=0.22V， VDSQ=VDDIDQ(Rd+R)=8.1V。Kn＝IDSS/Vp2

48例8.3.1解:電路如圖8.3.1b所示，已知Rg1=300k，Rg2=200k，Rd=5k，R=0，VDD=5V，VT=1V，Kn=0.5mA/V2，試計算電路的靜態(tài)工作點的值。圖8.3.1（b）由于VDSQ＞(VGSQVT)=(21)V=1V，說明該場效應(yīng)管確實工作在飽和區(qū)，上面的分析是正確的。如果初始假設(shè)被證明是錯誤的，則必須重新假設(shè)，并重新分析電路。設(shè)N溝道增強型MOS管工作在飽和區(qū)增強MOS管49508.1.2N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管8.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)管2.特性曲線與特性方程圖8.1.6N溝道耗盡型MOS管特性曲線(a)輸出特性曲線(b)轉(zhuǎn)移特性①截止區(qū)②可變電阻區(qū)③飽和區(qū)（恒流區(qū)、放大區(qū)）vGS＜VP，iD=0vGS＞VP，0＜vDS＜vGSVP

vGS＞VP，vDS≥vGSVP

考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)，則51(1)輸出特性及特性方程3.特性曲線與特性方程8.1.1N溝道增強型MOS場效應(yīng)管圖8.1.3N溝道增強型MOS管輸出特性①截止區(qū)②可變電阻區(qū)③飽和區(qū)（恒流區(qū)、放大區(qū)）vGS<VT，沒有導(dǎo)電溝道，iD＝0。vGS＞VT，有溝道；但vDS≤(vGSVT)，導(dǎo)電溝道未預(yù)夾斷。漏源之間可以看成受vGS控制的可變電阻vDS≥(vGSVT)，導(dǎo)電溝道預(yù)夾斷后。528.3.2場效應(yīng)管的微變等效電路8.3場效應(yīng)管放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)(a)N溝道增強型MOS管 (b)交流等效模型圖8.3.2MOS管的低頻小信號等效模型(a)共射極連接時的二端口網(wǎng)絡(luò)(b)H參數(shù)等效模型圖3.3.9三極管H參數(shù)及等效模型531.場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型8.3.2場效應(yīng)管的微變等效電路(a)N溝道增強型MOS管 (b)交流等效模型圖8.3.2MOS管的低頻小信號等效模型

為低頻跨導(dǎo)rds為場效應(yīng)管的輸出電阻輸入端口輸出端口由于iG=0，可視為開路542.場效應(yīng)管的高頻小信號等效模型8.3.2場效應(yīng)管的微變等效電路圖8.3.3場效應(yīng)管的高頻小信號模型(a)N溝道增強型MOS管 (b)交流等效模型圖8.3.2MOS管的低頻小信號等效模型圖中: Cgd——柵漏電容 Cgs——柵源電容 Cgb——柵極-襯底間電容 Cds——漏源電容如果源極與襯底沒有相連，則還需考慮Cbs和Cbd。552.場效應(yīng)管的高頻小信號等效模型8.3.2場效應(yīng)管的微變等效電路圖中: Cgd——柵漏電容 Cgs——柵源電容 Cgb——柵極-襯底間電容 Cds——漏源電容如果源極與襯底沒有相連，則還需考慮Cbs和Cbd。563.場效應(yīng)管放大電路的微變等效電路分析8.3.2場效應(yīng)管的微變等效電路(1)畫放大電路的微變等效電路(2)確定H參數(shù)(3)計算電壓增益(4)計算輸入電阻Ri(5)計算輸出電阻Ro

用微變等效電路法分析共源極和共漏極電路的步驟與半導(dǎo)體三極管電路相同。對于共柵極電路，由于未能有效利用柵極與溝道間的高阻，所以很少應(yīng)用。分析步驟:57

(1)共源極放大電路的動態(tài)分析8.3.2場效應(yīng)管的微變等效電路圖8.3.4圖8.3.1b共源極電路的微變等效電路圖8.3.1(b)3.場效應(yīng)管放大電路的微變等效電路分析②輸入電阻③輸出電阻①電壓增益共源極電路的特點是：電路具有電壓放大作用，并且輸出電壓與輸入電壓相位相反；輸入電阻高。585960 電路如圖8.3.1b所示，已知VDD=5V，Rd=5k，R=0，

Rg1=300k，Rg2=200k，RL=5k，場效應(yīng)管的參數(shù)為VT=1V，Kn=0.5mA/V2，rds可以視為無窮大，試確定電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。Ro=Rd=5k電壓增益輸入電阻輸出電阻例8.3.2解：為計算gm，首先要求靜態(tài)值。該題與例8.3.1電路及參數(shù)相同，已求得VGSQ=2V，所以有圖8.3.4圖8.3.1b共源極電路的微變等效電路圖8.3.1(b)61圖8.3.5例8.3.3電路共源極電路如圖8.3.5所示，已知VDD=5V，Rd=2.5k，VGSQ=2V，場效應(yīng)管的參數(shù)為VT=1V，Kn=0.8mA/V2，。當(dāng)MOS管工作于飽和區(qū)，試確定電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。①求靜態(tài)值例8.3.3解：②求跨導(dǎo)和輸出電阻③求電壓增益、輸入電阻和輸出電阻電壓增益為輸入電阻Ro=rds//Rd2.4k輸出電阻62

(2)共漏極放大電路的動態(tài)分析8.3.2場效應(yīng)管的微變等效電路3.場效應(yīng)管放大電路的微變等效電路分析②輸入電阻③輸出電阻①電壓增益共源極電路的特點是：又稱為源極跟隨器，與射極跟隨器一樣，其電壓增益小于1，但接近于1，輸出電壓與輸入電壓同相位。輸入電阻大，輸出電阻小。(b)微變等效電路圖8.3.6共漏極電路(a)電路63圖8.3.7求共漏極放大電路Ro的電路輸出電阻的證明(b)微變等效電路圖8.3.6共漏極電路

(2)共漏極放大電路的動態(tài)分析8.3.2場效應(yīng)管的微變等效電路3.場效應(yīng)管放大電路的微變等效電路分析由S點KCL有64例8.3.4 共漏極電路如圖8.3.8所示，其中場效應(yīng)管為N溝道結(jié)型 場效應(yīng)管。已知Rg1=2M，Rg2=47k，Rg3=10M，Rd=30k，R=2k，VDD=18V，場效應(yīng)管的VP=1V，Kn=0.5mA/V2，且=0。試確定Q點，并計算電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。圖8.3.8例8.3.4電路解：①首先計算Q點VGSQ=0.42IDQ

設(shè)場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)②求跨導(dǎo)gm和場效應(yīng)管輸出電阻rds因IDSS=0.5mA，所以IDQ=0.31mA。 VGSQ=0.22V， VDSQ=VDDIDQ(Rd+R)=8.1V。由于=0，所以rds可視為無窮大65例8.3.4 共漏極電路如圖8.3.8所示，其中場效應(yīng)管為N溝道結(jié)型 場效應(yīng)管。已知Rg1=2M，Rg2=47k，Rg3=10M，Rd=30k，R=2k，VDD=18V，場效應(yīng)管的VP=1V，Kn=0.5mA/V2，且=0。試確定Q點，并計算電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。圖8.3.8例8.3.4電路解：③計算電壓增益、輸入電阻和輸出電阻664.場效應(yīng)管三種放大電路的性能比較共源極電路共漏極電阻共柵極電路電壓增益高輸出電壓與輸入電壓反相輸入電阻大電壓增益小于1但接近1輸出、輸入電壓同相輸入電阻高,輸出電阻低電壓增益高輸出、輸入電壓同相輸入電阻小67圖8.3.9MOS管基本電流源與半導(dǎo)體三極管鏡像電流源結(jié)構(gòu)相同。T1、T2是N溝道增強型MOS對管，由于T1管的漏極與柵極相連，只要VDD＞VT，則T1工作在飽和區(qū)，并使T2管的VDS2≥VGS2VT，保證T2工作在飽和區(qū)。如果不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)，則：若兩管的參數(shù)完全相同，若兩管的寬長比不同時，由于所以動態(tài)輸出電阻Ro=rds2

求電路的動態(tài)輸出電阻：1.場效應(yīng)管鏡像電流源681.場效應(yīng)管鏡像電流源8.3.3場效應(yīng)管電流源8.3場效應(yīng)管放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)圖8.3.9MOS管基本電流源圖8.3.10用有源電阻構(gòu)成MOS管電流源在集成電路中，通常電阻R是用有源電阻代替的，如圖8.3.10所示，則合理設(shè)計T1、T3管的寬長比，就可以得到符合要求的參考電流IREF。692.場效應(yīng)管多路電流源8.3.3場效應(yīng)管電流源8.3場效應(yīng)管放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)將圖8.3.10所示的鏡像電流源進(jìn)行擴展，可以得到圖8.3.11所示的多路電流源。T0~T4的開啟電壓均相等的情況下，則有圖8.3.10用有源電阻構(gòu)成MOS管電流源圖8.3.11MOS管多路電流源703.電流源為有源負(fù)載的場效應(yīng)管放大電路8.3.3場效應(yīng)管電流源8.3場效應(yīng)管放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)圖8.3.9MOS管基本電流源圖8.3.12有源負(fù)載共源極放大電路T1為放大管，由N溝道增強型MOS管構(gòu)成，T2、T3為P溝道增強型MOS管組成的鏡像電流源，作T1的有源負(fù)載，恒流源符號所代表的可以是圖8.3.9中的電阻R，也可以是圖8.3.10中的MOS管T3等。當(dāng)寬長比相同時，有ID2=IREF空載時T1管的靜態(tài)漏極電流ID1=ID2=IREF與漏極接電阻的放大電路相比，有源負(fù)載共源極電壓增益將大大提高。71圖8.3.13結(jié)型場效應(yīng)管差分放大電路圖4.3.12具有電流源的差分放大電路從前面介紹的差分放大電路已知，由半導(dǎo)體三極管構(gòu)成的差分放大電路對共模信號有很好的抑制能力，但差模輸入電阻較低。因此，在高輸入阻抗模擬集成電路中，常利用場效應(yīng)管的輸入電阻大、輸入電流小等優(yōu)點，組成差分放大電路。721.結(jié)型場效應(yīng)管差分放大電路8.3場效應(yīng)管放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)8.3.4場效應(yīng)管差分放大電路圖8.3.13結(jié)型場效應(yīng)管差分放大電路場效應(yīng)管差分放大電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理和分析方法與三極管差分放大電路基本相同。雙端輸入、雙端輸出時雙端輸入、單端輸出時732.MOS管差分放大電路8.3.4場效應(yīng)管差分放大電路圖8.3.14MOS管差分放大電路圖中:T1、T2為N溝道增強型MOS管作為差分放大管;

T3、T4管為P溝道增強型MOS管構(gòu)成有源電阻;因此該電路又稱為互補MOS，即CMOS差分放大電路。

Io是電流源(交流內(nèi)阻為ro)。為T1、T2管提供偏置電流。為簡便起見，設(shè)T1～T4管特性相同，并且它們均工作在飽和區(qū)。靜態(tài)時:vi1=vi2=0，因電路完全對稱，所以各個場效應(yīng)管的漏極電流相等，

ID1=ID2=ID3=ID4=Io/2，輸出電流io2=0。為雙端輸入、單端輸出的差分放大電路74差模分析——雙端輸入(vi1=vi2=vid/2)、單端輸出:如果差模信號使T1管漏極電流產(chǎn)生一個增量id1=gmvid/2。由于T3、T4管組成電流鏡，根據(jù)電流鏡原理，T3、T4管漏極電流的增加與id1相同，方向如圖b所示。差模信號同時使T2管電流等量減小，所以方向與id1相反。圖8.3.14MOS管差分放大電路(a)電路(b)差模輸入時的交流通路2.MOS管差分放大電路8.3.4場效應(yīng)管差分放大電路75圖8.3.14MOS管差分放大電路(b)差模輸入時的交流通路2.MOS管差分放大電路8.3.4場效應(yīng)管差分放大電路差模分析——雙端輸入(vi1=vi2=vid/2)、單端輸出:vo2=(id2+id4)

(rds2//rds4)

=gmvid(rds2//rds4