第8章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路.ppt

1、第8章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路,本章介紹的場(chǎng)效應(yīng)管是只有一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件，屬于電壓控制電流源器件，用VCCS表示。,場(chǎng)效應(yīng)管的分類：,從參與導(dǎo)電的載流子來(lái)劃分：,N溝道器件,P溝道器件,從場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)來(lái)劃分,絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管IGFET,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET,8.1 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管,按照導(dǎo)電溝道的形成機(jī)理不同，N溝道MOSFET P溝道MOSFET 又各有增強(qiáng)型和耗盡型兩大類。,8.1.1 N溝道增強(qiáng)型MOSFET,1.N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)示意圖:,結(jié)構(gòu)剖面圖:,符號(hào):,2.N溝道增強(qiáng)型MOSFET的工作原理,場(chǎng)效應(yīng)管的柵

2、源電壓vGS及漏源電壓vDS都會(huì)對(duì)管子的工作狀態(tài)有影響。,（1）vGS對(duì)導(dǎo)電溝道和漏極電流的控制作用,vGS0時(shí)，沒有導(dǎo)電溝 道：漏極電流iD0，,當(dāng)vDS0且vGS0時(shí)，由于柵極和源極之間、柵極和漏極之間均被SiO2絕緣層隔開，所以柵極電流為零。,同時(shí)柵極與襯底之間產(chǎn)生了一個(gè)垂直于半導(dǎo)體表面、由柵極指向襯底的電場(chǎng)。,vGS vT時(shí)，形成導(dǎo)電溝道：,在這個(gè)電場(chǎng)的作用，柵極下方P型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子（空穴）被排斥，留下不能移動(dòng)的負(fù)離子，從而形成耗盡層。,電場(chǎng)也將P型襯底中的少數(shù)載流子（電子）吸引到到柵極下的襯底表面，形成一個(gè)N型薄層，稱為反型層。,反型層把左右兩個(gè)N區(qū)連接起來(lái)，構(gòu)成了漏極與源極

3、之間的導(dǎo)電溝道。,使導(dǎo)電溝道剛剛形成的柵源電壓vGS稱為開啟電壓，用VT表示，有時(shí)也用VGS(th)表示。,在vGSVT時(shí)，N溝道MOS管不能形成導(dǎo)電溝道，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。,只有當(dāng)vGSVT時(shí)，才有溝道形成。,必須在vGSVT時(shí)才能形成導(dǎo)電溝道的MOS管稱為增強(qiáng)型MOS管.,導(dǎo)電溝道形成以后，在漏源極間加上正電壓vDS，就產(chǎn)生漏極電流iD。,（2）vDS對(duì)導(dǎo)電溝道和漏極電流iD的影響,設(shè)vGS=VGSVT，且為定值。,若vDS0，此時(shí)盡管有導(dǎo)電溝道，漏極還是沒有電流，iD0:,由于源極和襯底相連，如果作用負(fù)的漏源電壓（vDS0），則漏區(qū)與襯底間的PN結(jié)將正向?qū)?，將?dǎo)電溝道短路，這是不允許的

4、。,因此，漏源電壓必須大于零（vDS0）。,(a) vDS0時(shí)，iD0;,(b) vDS較小(vDS vGS-VT) 時(shí)，iD隨vDS變化;,在漏極和源極之間加正電壓（vDS0）時(shí)，溝道中就有電流iD流過。,由于溝道存在一定的電阻，因此，iD沿溝道形成的源極端小、漏極端大的電位分布，導(dǎo)致溝道內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度沿溝道從漏極端到源極端逐漸減小，溝道厚度亦從漏極端到源極端逐漸減小;,(c) vDS增大到vDS=vGS-VT時(shí)，預(yù)夾斷,當(dāng)vDS足夠大時(shí)，使vGD=vGS-vDS略小于開啟電壓VT，,則靠近漏極的電場(chǎng)強(qiáng)度不能吸引足夠的電子形成的反型層，此處溝道剛好被夾斷，稱為預(yù)夾斷，,預(yù)夾斷對(duì)應(yīng)的臨界漏源電壓

5、方程為 vGS-vDS =VT。,預(yù)夾斷前，溝道電阻基本不變，漏極電流iD隨vDS線性增加。,預(yù)夾斷以后，由于夾斷區(qū)電阻遠(yuǎn)比未夾斷區(qū)電阻大，vDS增加的部分幾乎全部作用在夾斷區(qū)，未夾斷區(qū)則基本保持預(yù)夾斷時(shí)的電壓，形成的溝道電流基本不變。,預(yù)夾斷后漏極電流基本保持預(yù)夾斷前的電流，不再隨的vDS增加而變化，具有恒流特性。,(d) vDSvGS-VT時(shí)，iD飽和,若vDS繼續(xù)增加，預(yù)夾斷向源極方向延伸。,預(yù)夾后的漏極電流與柵源電壓有關(guān)，反映了MOS管的電壓控制電流的特性。,晶體管：（iC/iB）,場(chǎng)效應(yīng)管用低頻跨導(dǎo)gm來(lái)描述動(dòng)態(tài)情況下柵源電壓vGS對(duì)漏極電流iD的控制作用：,gm越大，柵源電壓vGS

6、對(duì)漏極電流iD的控制作用越強(qiáng)。,gm是轉(zhuǎn)移特性曲線某一點(diǎn)的斜率。由于轉(zhuǎn)移特性曲線的非線性， iD越大， gm也越大。,結(jié)論： MOS管的導(dǎo)電溝道中只有一種類型的載流子參與導(dǎo)電，所以稱為單極型晶體管。,MOS管柵極是絕緣的，柵極輸入電流近似為零。,漏極電流iD受柵源電壓vGS的控制，即MOS管是電壓控制電流器件。,預(yù)夾斷前iD與vDS，近似呈線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。,3.N溝道增強(qiáng)型MOSFET的特性曲線及電流方程,特性曲線有2條：輸出特性 轉(zhuǎn)移特性,（1）輸出特性,在柵源電壓vGS為常量時(shí)，漏極電流iD與漏源電壓vDS的關(guān)系稱為輸出特性。,輸出特性可分為：截止區(qū) 可變電阻區(qū) 恒流區(qū)。

7、,預(yù)夾斷軌跡是可變電阻區(qū)和恒流區(qū)的分界線；,vGS=VT則是恒流區(qū)和截止區(qū)的分界線。,截止區(qū),靠近橫軸、iD近似為零的區(qū)域是截止區(qū)。,在截止區(qū)內(nèi)，vGSVT，導(dǎo)電溝道尚未形成，iD0，MOS管截止。,可變電阻區(qū),預(yù)夾斷軌跡左邊的區(qū)域即是可變電阻區(qū)。,當(dāng)vDS(vGS-vT)時(shí)，導(dǎo)電溝道未被預(yù)夾斷。溝道電阻受柵源電壓vGS的控制，與漏源電壓vDS基本無(wú)關(guān)。?,漏極電流iD與漏源電壓vDS基本上成正比。,恒流區(qū)（也稱飽和區(qū)）,預(yù)夾斷軌跡右邊的區(qū)域是恒流區(qū)。,當(dāng)vDS(vGS-vT)時(shí)，導(dǎo)電溝道被預(yù)夾斷。,漏極電流iD基本不隨vDS的增加而變化，具有恒流特性。因此，稱該區(qū)域?yàn)楹懔鲄^(qū)。,iD受vGS的

8、控制，等效為電壓控制電流源。,放大電路中的場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)該工作在恒流區(qū)內(nèi)。,（2）轉(zhuǎn)移特性曲線,MOS管是柵源電壓控制漏極電流。,定義為漏源電壓vDS一定時(shí)，漏極電流iD與柵源電壓vGS的函數(shù)，即,輸出特性曲線上，做垂直于橫軸的一條垂直線（vDS=常數(shù)），直線與多條輸出特性曲線相交于a、b、c、d點(diǎn)，將上述各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的iD和vGS的數(shù)值描繪在iDvGS的直角坐標(biāo)系中，連接各點(diǎn)所得到的曲線就是轉(zhuǎn)移特性曲線,當(dāng)管子工作在恒流區(qū)時(shí)，iD基本上不受vDS的影響，因此，在恒流區(qū)內(nèi)不同vDS下的轉(zhuǎn)移特性曲線基本重合，可以用一條曲線代替恒流區(qū)的所有轉(zhuǎn)移特性曲線。,N溝道增強(qiáng)型MOS管工作在恒流區(qū)時(shí):,式中，IDO

9、是MOS管工作在恒流區(qū)且vGS2VT時(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流。,8.1.2 N溝道耗盡型MOSFET,1.N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和基本工作原理,結(jié)構(gòu)示意圖:,符號(hào):,當(dāng)vGS=0時(shí):,正離子產(chǎn)生垂直于P型半導(dǎo)體的電場(chǎng)，其強(qiáng)度足以感應(yīng)出一定厚度的反型層（N型），形成導(dǎo)電溝道。,工作原理:,作用漏源電壓vDS，就會(huì)有產(chǎn)生漏極電流iD。,當(dāng)vGS0時(shí)：,將會(huì)在溝道中感應(yīng)出更多的電子，使導(dǎo)電溝道變厚，溝道電阻變小，從而使漏極電流iD增大。,當(dāng)vGS0時(shí)：,則會(huì)使導(dǎo)電溝道變薄，溝道電阻變大，從而使漏極電流iD減小。,當(dāng)vGS的負(fù)電壓達(dá)到一定值時(shí)，反型層消失，不存在導(dǎo)電溝道，即使有漏源電壓vDS，也不會(huì)有

10、漏極電流iD。,對(duì)應(yīng)于溝道完全消失的柵源電壓vGS稱為夾斷電壓，用VP表示。,2.N溝道耗盡型MOSFET的特性曲線及電流方程,2.N溝道耗盡型MOSFET的特性曲線及電流方程,當(dāng)N溝道耗盡型MOS管工作在恒流區(qū)時(shí)：,IDSS是N溝道耗盡型MOS管工作在恒流區(qū)且vGS0時(shí)的漏極電流。,例8.1 電路如圖(b)所示，場(chǎng)效應(yīng)管T的輸出特性如圖（a）所示，試分析當(dāng)vi分別為0V，6V，10V時(shí)，vo應(yīng)為多少？,解：,（1）當(dāng)vGS=vI=0V時(shí)，管子處于截止?fàn)顟B(tài)，iD0。所以 vO= vDS =VDD- RiD =15V,例8.1 電路如圖(b)所示，場(chǎng)效應(yīng)管T的輸出特性如圖（a）所示，試分析當(dāng)vi

11、分別為0V，6V，10V時(shí)，vo應(yīng)為多少？,iD=1mA,（2）當(dāng)vGS=vI=6V時(shí)，由圖(a)可知，VT=4V,管子導(dǎo)通,假設(shè)管子工作在恒流區(qū)，則,vO=vDS=VDD-R iD=15-51=10V,因?yàn)関GS-VT=6-4=2V，,所以vDSvGS-VT，,假設(shè)成立，vO=10V。,管子工作在恒流區(qū)，,解：,例8.1 電路如圖(b)所示，場(chǎng)效應(yīng)管T的輸出特性如圖（a）所示，試分析當(dāng)vi分別為0V，6V，10V時(shí)，vo應(yīng)為多少？,（3）當(dāng)vGS=vI=10V時(shí)，假設(shè)管子工作在恒流區(qū)，,解：,則iD=2mA，,vO= vDS =VDD- RiD=15-52=5V,因?yàn)関GS-VT=10-4=

12、6V，所以vDSvGS-VT，管子工作在可變電阻區(qū)，,假設(shè)不成立。,由圖(a)可得，當(dāng)vDS=10V時(shí)，,rDS=vDS/iD5/2=2.5k,8.1.3 P溝道MOSFET,P溝道MOSFET也有增強(qiáng)型和耗盡型兩種。,P溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖：,P溝道增強(qiáng)型,P溝道耗盡型,符號(hào)：,當(dāng)負(fù)的柵源電壓足夠大時(shí)（vGSVT0）時(shí)，形成P型導(dǎo)電溝道，連接漏區(qū)和源區(qū)（P+）。,導(dǎo)通條件：vGSVT,在P溝道增強(qiáng)型MOSFET柵極下面的絕緣層中摻入足夠的負(fù)離子則形成P溝道耗盡型MOSFET。,導(dǎo)通條件：,8.1.4 MOSFET的主要參數(shù),1.直流參數(shù),1）開啟電壓VT,VT是增強(qiáng)型場(chǎng)MOS管的

13、重要參數(shù)。,當(dāng)vDS為一固定值時(shí)，使漏極電流iD大于零所需要的最小柵源電壓值即為開啟電壓VT。,2）夾斷電壓VP,VP是耗盡型MOS管的重要參數(shù)。,當(dāng)vDS為一固定值時(shí)，使漏極電流iD減小到某一個(gè)微小電流(例如10uA)時(shí)所需的vGS值。,3）飽和漏極電流IDSS,IDSS也是耗盡型MOS管的一個(gè)重要參數(shù)。,當(dāng)柵源電壓vGS等于零，而漏源電壓vDS大于夾斷電壓VP時(shí)的漏極電流，稱為飽和漏極電流IDSS。,4）直流輸入電阻RGS(DC),在漏源之間短路的條件下，柵源之間的直流電阻值，它等于柵源電壓與柵極電流之比，MOS管的RGS(DC)約是1091015。,2.交流參數(shù),1）低頻跨導(dǎo)gm,低頻跨

14、導(dǎo)是指vDS為某一定值時(shí)，漏極電流的微變量iD和引起這個(gè)變化的柵源電壓的微變量vGS之比，即,gm反映了柵源電壓vGS對(duì)漏極電流iD的控制能力，單位為西門子（S）或mS，gm一般為幾mS。,由于轉(zhuǎn)移特性曲線是非線性曲線，各點(diǎn)切線的斜率是不一樣的，iD越大，gm也愈大。,2）輸出電阻rds,輸出電阻rds說明了vDS對(duì)iD的影響，它是輸出特性上某一點(diǎn)切線斜率的倒數(shù)，rds一般約為幾十千歐到幾百千歐。,3）極間電容,通常柵源電容Cgs和柵漏電容Cgd約為13pF，漏源電容約為0.11pF。在高頻電路中，應(yīng)考慮極間電容的影響。,3.極限參數(shù),1）最大漏極電流IDM,IDM是管子正常工作時(shí)所允許的漏極

15、電流的上限值。,2）最大耗散功率PDM,vDS iDPDM,3）漏源擊穿電壓V(BR)DS,漏源間能承受的最大電壓，當(dāng)vDS值超過V(BR)DS時(shí)，柵漏間發(fā)生擊穿，iD開始急劇增加。,4）柵源擊穿電壓V(BR)GS,柵源間所能承受的最大反向電壓，當(dāng)vGS值超過V(BR)GS時(shí)，柵源間發(fā)生擊穿，反向電流iD由零開始急劇增加。,8.2 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET),8.2.1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理,1.JFET的結(jié)構(gòu),結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管也有：N溝道 P溝道,N溝道JFET的結(jié)構(gòu)示意圖：,N溝道JFET的符號(hào)：,N溝道JFET的結(jié)構(gòu)圖：,在一塊N型半導(dǎo)體材料的兩邊各擴(kuò)散一個(gè)高雜質(zhì)濃度的P+區(qū)，形成兩個(gè)PN

16、結(jié)；,把兩個(gè)P+區(qū)并聯(lián)在一起，引出一個(gè)電極g，稱為柵極，在N型半導(dǎo)體的兩端各引出一個(gè)電極，分別稱為源極s和漏極d。,2.JFET的工作原理,工作原理是：通過改變PN結(jié)耗盡層寬度調(diào)整導(dǎo)電溝道的厚薄，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)電溝道電流的控制。,當(dāng)PN結(jié)反向偏置時(shí)，其耗盡層寬度改變明顯。所以，JFET的PN結(jié)必須反向偏置，才能有效地調(diào)整導(dǎo)電溝道的厚薄。,與MOS管一樣，討論JFET的工作原理同樣是討論vGS對(duì)iD的控制作用和vDS對(duì)iD的影響。,N溝道JFET的工作原理：,（1）vGS對(duì)導(dǎo)電溝道和漏極電流的控制作用,a）當(dāng)vGS =vDS0時(shí)，PN結(jié)耗盡層窄，導(dǎo)電溝道寬，漏源間的電阻最小。,vGS=0V,當(dāng)PN

17、結(jié)正向偏置時(shí)，其耗盡層寬度改變甚小。,N溝道JFET的工作原理：,（1）vGS對(duì)導(dǎo)電溝道和漏極電流的控制作用,b)當(dāng)vDS0和vGS0時(shí)，,柵源之間的PN結(jié)反向偏置，兩個(gè)PN結(jié)的耗盡層加寬，使得中間的N型導(dǎo)電溝道變窄，漏源間的電阻增大。,b) VP vGS 0V,a)vGS=0V,比較溝道寬度,c)當(dāng)PN結(jié)的反向電壓足夠大時(shí)，,兩個(gè)PN結(jié)的耗盡層合攏，導(dǎo)電溝道消失，漏源間的電阻最大。,對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電溝道剛剛消失的柵源電壓稱為夾斷電壓，用VP表示。,c) vGS VP, 導(dǎo)電溝道消失,如果在漏源之間作用正電壓vDS，則在vGS由0至VP的變化過程中，導(dǎo)電溝道電阻逐漸增大，漏極電流iD逐漸減小。實(shí)現(xiàn)了

18、柵源電壓對(duì)漏極電流的控制。,（2）vDS對(duì)導(dǎo)電溝道和漏極電流iD的影響,N溝道JFET的工作原理：,設(shè)VPvGS0，且vGS為定值。,a) vDS vGSVP,當(dāng)作用正的漏源電壓vDS時(shí)，使PN結(jié)的反向電壓增大，另一方面在導(dǎo)電溝道中產(chǎn)生電流，即漏極電流iD。,PN結(jié)的寬度不同，即漏極端寬、源極端窄,iD在導(dǎo)電溝道中形成漏極端大、源極端小的電位分布，致使PN結(jié)的反向電壓不等，即漏極端大、源極端小。,a) vDS vGSVP,b) vDS =vGSVP,b) vDS =vGSVP,當(dāng)vDS增大到使PN結(jié)漏極端的反向電壓等于夾斷電壓，即vDS-vGS=|VP|時(shí)，,漏極端的2個(gè)PN結(jié)合攏，導(dǎo)電溝道發(fā)

19、生預(yù)夾斷;,再增加vDS，則預(yù)夾斷向源極方向延伸，如圖c）所示。,c) vDS vGSVP,c) vDS vGSVP,預(yù)夾斷前，溝道電阻基本不變，漏極電流iD隨vDS線性增加。,預(yù)夾斷以后，由于預(yù)夾斷區(qū)無(wú)載流子，夾斷區(qū)電阻比未夾斷區(qū)電阻大，vDS增加的部分幾乎全部作用在夾斷區(qū)，未夾斷區(qū)則基本保持預(yù)夾斷時(shí)的電壓，形成的溝道電流基本不變。,預(yù)夾斷后漏極電流基本保持預(yù)夾斷前的電流，不再隨的vDS增加而變化，具有恒流特性。,JFET的導(dǎo)電溝道中只有一種類型的載流子參與導(dǎo)電。 與MOS管一樣，也是單極型晶體管。,iD受vGS控制，JFET是電壓控制電流器件。,預(yù)夾斷前iD與vDS，近似呈線性關(guān)系； 預(yù)夾

20、斷后，iD趨于飽和。,P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)的工作原理與N溝道JFET的工作原理相似，不再贅述。,綜述,N溝道JFET的特性曲線：,8.2.2 JFET的特性曲線,(a) 輸出特性：,(b)轉(zhuǎn)移特性：,三個(gè)工作區(qū)域： 可變電阻區(qū) 恒流區(qū) 截止區(qū)。,工作在飽和區(qū)時(shí)，漏極電流方程是,（VP vGS-VP）,上式實(shí)際上也是工作在飽和區(qū)時(shí)轉(zhuǎn)移特性曲線的近似函數(shù)。,各類場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)及特性曲線表：,P溝道,8.3 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,場(chǎng)效應(yīng)管具有輸入電阻高的特點(diǎn)，它適用于作為多級(jí)放大電路的輸入級(jí)，尤其對(duì)高內(nèi)阻的信號(hào)源，采用場(chǎng)放管才能有效地進(jìn)行放大。,8.3.1 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的3種組態(tài),8.3.2 直流偏置電

21、路和靜態(tài)分析,場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)偏置電路必須建立合適的柵源電壓VGS，并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)穆O電流。,1.固定偏壓式共源放大電路,VGG為MOS管提供大于開啟電壓VT的直流偏置電壓，,VDD和偏置電阻Rd提供漏極直流電流通路。,靜態(tài)分析方法：圖解法和計(jì)算法。,(1) 圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn),令vi=0，,電容C在直流通路中相當(dāng)于開路。,vGS=VGG ,vDS=VDDiDRd ,在輸出特性上做出方程的直線;,與vGSVGG的輸出特性曲線的交點(diǎn)Q即為靜態(tài)工作點(diǎn);,讀出其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，即是MOS管的漏源直流電壓VDS和漏極直流電流ID。,(2) 計(jì)算法求靜態(tài)工作點(diǎn),當(dāng)N溝道增強(qiáng)型MOS管工作在恒流區(qū)時(shí)，iD的近似表達(dá)

22、式為:,得方程組：,解得靜態(tài)工作點(diǎn)Q（VGS，VDS，ID）。,由于柵極的直流偏置電壓是一個(gè)固定值（vGSVGG），所以稱為固定偏壓式電路。,2.自給偏壓式共源放大電路,令vi=0，電容在直流通路中相當(dāng)于開路。,由于vGS-RsiD，即柵源偏置電壓是由MOS管的漏極電流自己形成的，故稱為自給偏壓電路。,顯然，用N溝道耗盡型MOS管也可組成自給偏壓電路。,用增強(qiáng)型MOS管卻不行，因?yàn)樵跂旁措妷簽榱銜r(shí)，增強(qiáng)型MOS沒有導(dǎo)電溝道，即無(wú)漏極電流，不能形成自偏壓。,例 8.2 共源放大電路如圖所示。圖中，Rg =1M，Rs=2k，Rd=12k ，VDD=20V，IDSS=4 mA，VP =4V，求ID和

23、VDS。,解:,方程組中，電壓的單位是V，電流的單位是mA ,電阻的單位是k。,將第一個(gè)方程代入第3個(gè)方程，得,解得：,ID1=4mAvGS1=-2ID1=-8VVP=-4V,T為N溝道JFET,(舍去),3.分壓式偏置共源放大電路,直流通路:,分壓式偏置電路可以適合于任何N溝道場(chǎng)效應(yīng)管（增強(qiáng)型和耗盡型MOS管、JFET）,例 8.3 N溝道耗盡型MOS管共源放大電路如圖所示，VP= 0.8V，IDSS=0.18mA；VDD=24V，Rg1 =64k，Rg2 =200k，Rg =1M，Rs1=10k，Rs2=2k，Rd=10k ，求靜態(tài)工作點(diǎn)Q。,解：,上述方程中，電壓的單位是V，電流的單位是

24、mA ,電阻的單位是k。,解得ID1 = 0.69 mA，VGS = 2.5V (小于VP，舍去)。,ID2= 0.45 mA，VGS = 0.4V ，大于夾斷電壓VP，是正確解。則,8.3.3 小信號(hào)模型和動(dòng)態(tài)分析,與晶體管放大電路一樣，可以采用圖解法和小信號(hào)線性模型求解場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的交流分量。,1.場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型,與分析三極管的H參數(shù)小信號(hào)模型一樣，將場(chǎng)效應(yīng)管也看成一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)，柵極與源極之間視為輸入端口，漏極與源極之間視為輸出端口。,以N溝道增強(qiáng)型MOS管為例:,iG=0 iD=f(vGS，vDS),為了求MOS管在靜態(tài)工作點(diǎn)Q附近的交流量，對(duì)方程作兩邊求全微分，得

25、:,令,用交流信號(hào)ig、vgs、id、vds分別表示iG、vGS、iD、vDS的變化量diG、dvGS、diD、dvDS, 則,小信號(hào)模型:,在低頻小信號(hào)模型中，輸入回路相開路，輸出回路是一個(gè)理想電壓控制電流源gmvgs與一個(gè)電阻rds的并聯(lián)。,化簡(jiǎn),小信號(hào)模型,簡(jiǎn)化小信號(hào)模型,通常rds約為幾十千歐幾百千歐。在實(shí)際電路中，如果rds對(duì)電流源gmvgs的分流作用很小，則可省去該電阻.,由N溝道增強(qiáng)型MOS管轉(zhuǎn)移特性方程，得,在靜態(tài)工作點(diǎn)附近，iDID，即靜態(tài)漏極電流。所以,同理，可求得耗盡型MOSFET的gm:,2.場(chǎng)效應(yīng)管的高頻小信號(hào)等效模型,同晶體管一樣，場(chǎng)效應(yīng)管的各個(gè)電極之間也存在極間電

26、容。,在場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)模型的基礎(chǔ)上增加極間電容，則可畫出場(chǎng)效應(yīng)管的高頻小信號(hào)模型:,N溝道增強(qiáng)型MOS管,高頻小信號(hào)模型,Cgs、Cgd和Cds分別是柵源之間的電容、柵漏之間的電容和漏源之間的電容，Cgb為柵極襯底之間的電容。,通?？梢哉J(rèn)為柵源電阻rgs及柵漏電阻rds相當(dāng)于開路。,3.應(yīng)用小信號(hào)模型分析場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,(1) 自給偏壓式共源放大電路的動(dòng)態(tài)分析,中頻小信號(hào)等效電路:,電壓增益:,式中，,共源放大電路的輸出電壓與輸入電壓反相;,放大能力（增益的絕對(duì)值）與跨導(dǎo)和漏極等效交流負(fù)載成正比。,輸入電阻:,輸出電阻:,計(jì)算輸出電阻的等效電路:,例8.4 N溝道耗盡型MOS管共源放大

27、電路如圖所示。已知VDD=20V，Rg=1M，Rs=2k，Rd=12k，RL=6k，IDSS=4mA，VP=-4V，求電壓增益、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。,解：靜態(tài)分析,在例8.1中已經(jīng)解出靜態(tài)工作點(diǎn)：ID=1mA，VGS=-2V，VDS=6V。,動(dòng)態(tài)分析,小信號(hào)等效電路:,(2) 分壓式共源放大電路的動(dòng)態(tài)分析,放大電路如圖:,小信號(hào)等效電路:,電壓增益:,式中，,輸入電阻:,計(jì)算輸出電阻的等效電路:,輸出電阻:,例8.5 N溝道耗盡型MOS管組成的共源放大電路如圖8.3.6所示。VP= 0.8V，IDSS=0.18mA；VDD=24V，Rg1 =64k，Rg2 =200k，Rg =1M，Rs1=10k，Rs2=2k，Rd=10k ，RL=10k，求電壓增益、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。,解：靜態(tài)分析,在例8.3中已經(jīng)解出靜態(tài)工作點(diǎn)：ID= 0.45 mA，VGS = 0.4V，VDS=14.1V。,動(dòng)態(tài)分析,小信號(hào)等效電路,電壓增益:,輸入電阻:,輸出電阻:,8.4 BJT與FET的組合放大電路,8.4.1 BJT基本放大電路和FET基本放大電路的比較,場(chǎng)效應(yīng)管放大電路