模電場效應(yīng)管放大電路

模電課件場效應(yīng)管放大電路第1頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月與BJT相比：利用電壓產(chǎn)生的電場效應(yīng)來控制電流單極型晶體管：主要是多數(shù)載流子導(dǎo)電輸入阻抗高噪聲低易于制造，便于集成第2頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月P溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強(qiáng)型N溝道N溝道（耗盡型）FET場效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)耗盡型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在增強(qiáng)型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道場效應(yīng)管的分類：第3頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)管5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET5.1.5MOSFET的主要參數(shù)5.1.2N溝道耗盡型MOSFET5.1.3P溝道MOSFET5.1.4溝道長度調(diào)制效應(yīng)第4頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)（N溝道）L：溝道長度W：溝道寬度tox

：絕緣層厚度通常W>L第5頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖1.結(jié)構(gòu)（N溝道）符號第6頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET2.工作原理（1）vGS對溝道的控制作用當(dāng)vGS≤0時(shí)無導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓時(shí)，也無電流產(chǎn)生。當(dāng)0<vGS<VT時(shí)產(chǎn)生電場，但未形成導(dǎo)電溝道（感生溝道），d、s間加電壓后，沒有電流產(chǎn)生。當(dāng)vGS>VT時(shí)在電場作用下產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓后，將有電流產(chǎn)生。

vGS越大，導(dǎo)電溝道越厚VT稱為開啟電壓第7頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理（2）vDS對溝道的控制作用

靠近漏極d處的電位升高

電場強(qiáng)度減小

溝道變薄當(dāng)vGS一定（vGS>VT）時(shí)，vDS

ID

溝道電位梯度

整個(gè)溝道呈楔形分布第8頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)vGS一定（vGS>VT）時(shí)，vDS

ID

溝道電位梯度

當(dāng)vDS增加到使vGD=VT時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。2.工作原理（2）vDS對溝道的控制作用在預(yù)夾斷處：vGD=vGS-vDS=VT第9頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月預(yù)夾斷后，vDS

夾斷區(qū)延長

溝道電阻

ID基本不變2.工作原理（2）vDS對溝道的控制作用第10頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理（3）vDS和vGS同時(shí)作用時(shí)

vDS一定，vGS變化時(shí)給定一個(gè)vGS，就有一條不同的iD–

vDS曲線。第11頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程①截止區(qū)當(dāng)vGS＜VT時(shí)，導(dǎo)電溝道尚未形成，iD＝0，為截止工作狀態(tài)。第12頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程②可變電阻區(qū)vDS≤（vGS－VT）由于vDS較小，可近似為rdso是一個(gè)受vGS控制的可變電阻第13頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程②可變電阻區(qū)

n：反型層中電子遷移率Cox：柵極（與襯底間）氧化層單位面積電容本征電導(dǎo)因子其中Kn為電導(dǎo)常數(shù)，單位：mA/V2第14頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程③飽和區(qū)（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）vGS>VT

，且vDS≥（vGS－VT）是vGS＝2VT時(shí)的iDV-I特性：第15頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（2）轉(zhuǎn)移特性第16頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理（N溝道）二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流第17頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1.2N溝道耗盡型MOSFET2.V-I特性曲線及大信號特性方程

（N溝道增強(qiáng)型）第18頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1.3P溝道MOSFET第19頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1.4溝道長度調(diào)制效應(yīng)實(shí)際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的L的單位為

m當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，

＝0，曲線是平坦的。

修正后第20頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)NMOS增強(qiáng)型1.開啟電壓VT（增強(qiáng)型參數(shù)）2.夾斷電壓VP（耗盡型參數(shù)）3.飽和漏電流IDSS（耗盡型參數(shù)）4.直流輸入電阻RGS（109Ω～1015Ω）二、交流參數(shù)1.輸出電阻rds

當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，

＝0，rds→∞

第21頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1.5MOSFET的主要參數(shù)2.低頻互導(dǎo)gm

二、交流參數(shù)考慮到則其中第22頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1.5MOSFET的主要參數(shù)end三、極限參數(shù)1.最大漏極電流IDM

2.最大耗散功率PDM

3.最大漏源電壓V（BR）DS

4.最大柵源電壓V（BR）GS

第23頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2MOSFET放大電路5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算2.圖解分析3.小信號模型分析第24頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（1）簡單的共源極放大電路（N溝道）直流通路共源極放大電路第25頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（1）簡單的共源極放大電路（N溝道）假設(shè)工作在飽和區(qū)，即驗(yàn)證是否滿足如果不滿足，則說明假設(shè)錯(cuò)誤須滿足VGS>VT，否則工作在截止區(qū)再假設(shè)工作在可變電阻區(qū)即第26頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月假設(shè)工作在飽和區(qū)滿足假設(shè)成立，結(jié)果即為所求。解：例：設(shè)Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k，試計(jì)算電路的靜態(tài)漏極電流IDQ和漏源電壓VDSQ。VDD=5V，VT=1V，第27頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（2）帶源極電阻的NMOS共源極放大電路飽和區(qū)需要驗(yàn)證是否滿足第28頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算靜態(tài)時(shí)，vI＝0，VG＝0，ID＝I電流源偏置VS＝VG－VGS（飽和區(qū)）第29頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.1MOSFET放大電路2.圖解分析由于負(fù)載開路，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線相同第30頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.1MOSFET放大電路3.小信號模型分析（1）模型靜態(tài)值（直流）動態(tài)值（交流）非線性失真項(xiàng)當(dāng)，vgs<<2(VGSQ-VT)時(shí)，第31頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.1MOSFET放大電路3.小信號模型分析（1）模型0時(shí)高頻小信號模型第32頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.小信號模型分析解：例5.2.2的直流分析已求得：（2）放大電路分析（例5.2.5）s第33頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.小信號模型分析（2）放大電路分析（例5.2.5）s第34頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.小信號模型分析（2）放大電路分析（例5.2.6）共漏第35頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.小信號模型分析（2）放大電路分析end第36頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3結(jié)型場效應(yīng)管5.3.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理5.3.2JFET的特性曲線及參數(shù)5.3.3JFET放大電路的小信號模型分析法第37頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)#

符號中的箭頭方向表示什么？第38頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理①vGS對溝道的控制作用當(dāng)vGS＜0時(shí)（以N溝道JFET為例）當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對應(yīng)的柵源電壓vGS稱為夾斷電壓VP（或VGS(off)）。對于N溝道的JFET，VP<0。PN結(jié)反偏耗盡層加厚溝道變窄。

vGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄。第39頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理（以N溝道JFET為例）②vDS對溝道的控制作用當(dāng)vGS=0時(shí)，vDS

ID

G、D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。當(dāng)vDS增加到使vGD=VP時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)vDS

夾斷區(qū)延長

溝道電阻

ID基本不變

第40頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理（以N溝道JFET為例）③

vGS和vDS同時(shí)作用時(shí)當(dāng)VP<vGS<0時(shí)，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，對于同樣的vDS，

ID的值比vGS=0時(shí)的值要小。在預(yù)夾斷處vGD=vGS-vDS=VP第41頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月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。第42頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3.2JFET的特性曲線及參數(shù)2.轉(zhuǎn)移特性1.輸出特性第43頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月與MOSFET類似3.主要參數(shù)5.3.2JFET的特性曲線及參數(shù)第44頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3.2FET放大電路的小信號模型分析法1.FET小信號模型（1）低頻模型第45頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）高頻模型第46頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月2.動態(tài)指標(biāo)分析（1）中頻小信號模型第47頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月2.動態(tài)指標(biāo)分析（2）中頻電壓增益（3）輸入電阻（4）輸出電阻忽略rds，由輸入輸出回路得則通常則end第48頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月*5.4砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管不做教學(xué)要求第49頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.5各種放大器件電路性能比較第50頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月5.5各種放大器件電路性能比較組態(tài)對應(yīng)關(guān)系：CEBJTFETCSCCCDCBCG電壓增益：BJTFETCE：CC：CB：CS