模电ppt5

高频小信号模型
2、应用小信号模型分析 、应用小信号模型分析FET放大电路 放大电路 （1）共源级电路（与共射级类似） ）共源级电路（与共射级类似）
1 D 2 3 4
VDD
D
Rd Rg1
Cb2
C + B vi
Cb1 T Rg2 Revision
vo C
B
Sheet of 场场场场场场场场 .ddbBy: Drawn A 1 2
第五章 场效应管放大电路
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的一 种半导体器件。 种半导体器件。 结型 场效应管： 场效应管： MOS型 型 N沟道 沟道 P沟道 沟道 N沟道 沟道 P沟道 沟道 增强型 耗尽型 增强型 耗尽型
5.1 金属 氧化物-半导体场效应管 金属-氧化物 半导体场效应管 氧化物
Rg2 VDD = 40 × 5V = 2V = Rg1 + Rg2 60 + 40
假设工作在饱和区
I DQ = K n (VGS − VT ) 2 = (0.2) × ( 2 − 1) 2 mA = 0.2mA
VDSQ = VDD − I D Rd = (5 − 0.2 × 15)V = 2V
D n GS T
VDS = VDD − I D R 场效应管工作状态的判定： 场效应管工作状态的判定：
2 I D = 2[ K n ( vGS − VT ) vDS − vDS ]
VDS = VDD − I D Rd
例：设Rg1=60kΩ，Rg2=40kΩ，Rd=15kΩ， Ω Ω Ω VDD=5V， VT=1V， K n = 0.2mA / V 2 ， ， 试计算电路的静态漏极电流I 试计算电路的静态漏极电流 DQ和漏源 电压V 电压 DSQ 。 解： VGSQ
A 3 4
微变等效电路
1、求静态工作点 、 2、求低频跨导 、
g m = 2 K n (VGS − VT )
1 D
2
3
4
VDD
D
Rd Rg1
Cb2
C + B vi
Cb1 T Rg2 Revision
vo C
B
Sheet of 场场场场场场场场 .ddbBy: Drawn A 1 2
A 3 4
微变等效电路
满足 VDS > (VGS − VT )
假设成立，结果即为所求。 假设成立，结果即为所求。
（2）带源极电阻的 ）带源极电阻的NMOS共源极放大电路 共源极放大电路
VGS = VG − VS
=[
Rg2 Rg1 + Rg2
(VDD + VSS ) − I D R]
I D = K n (VGS − VT ) 2
d N PN结
N
P
3. 特性曲线
输出特性曲线 截止区： 截止区：
vGS < VT 时: i D = 0
可变电阻区： 可变电阻区：
v DS < vGS − VT
2 DS
输出特性
i D = K n [2(vGS − VT )v DS − v ] ≈ 2 K n (vGS − VT )v DS
' Kn W Kn = ⋅ 2 L ' K n = µ nC ox 本征导电因子
Rg 2 Rg 1 + R g 2
vB i
VDD
Revision
A 3 4
BRg2
B
Sheet of circuit\场场场场场场场场.ddb Drawn By: A 1 2
VGS > VT
A 1
2
3
A 4
VDS > (VGS − VT ) ： 恒流区
若场效应管工作在恒流区： 若场效应管工作在恒流区： VDS < (VGS − VT ) ： 可变电阻区 I = K (V − V ) 2
绝 缘 栅 场 效 应 管
N 沟 道 耗 尽 型
P 沟 道 耗 尽 型
结 型 场 效 应 管
N 沟 道 耗 尽 型 P 沟 道 耗 尽 型
vGS 2 i D = i DSS (1 − ) VP
场效应管与晶体三极管的比较： 场效应管与晶体三极管的比较：
场效应管 导电机理 控制放大原理 输入电阻 受外界影响 单极型 电压控制 高 ( iG ≈ 0 ) 小
电压放大倍数 令：
Ri =
1 1 + gm R
输入电阻: 输入电阻
& ' & − gmVgs RL & = Vo = Av = gm R'L & & Vi − Vgs
1 = R // gm
输出电阻： 输出电阻：
& & − Vgs Vi Ri = = & & & I i − Vgs R − gmVgs
(1) 开启电压 T （增强） 开启电压V 增强） (2) 夹断电压 P （耗尽） 夹断电压V 耗尽） (3) 饱和漏极电流IDSS ：在VGS = 0时，管子发 饱和漏极电流 时 生预夹断时的漏极电流。（耗尽） 。（耗尽 生预夹断时的漏极电流。（耗尽） (4) 极间电容 ：漏源电容 DS约为 0.1~1pF，栅 漏源电容C ， 源电容C 和栅漏极电容C 约为1~3pF。 源电容 GS和栅漏极电容 GD约为 。
饱和区（放大区、恒流区） 饱和区（放大区、恒流区）
v DS > vGS − VT
i D = K n (vGS − VT )
2 n T
2
vGS 2 =KV ( − 1) VT vGS = I D0 ( − 1) 2 VT
输出特性
I D 0 : vGS = 2VT 时的 i 值. D
转移特性曲线
输出特性
MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)。又 。 称绝缘栅型场效应三极管 • 5.1.1 N沟道增强型 沟道增强型MOSFET 沟道增强型 1、结构 、 掺杂浓度低， 掺杂浓度低，电阻率高 增强型：VGS=0时，漏源之间没有导电沟道， 增强型： 时 漏源之间没有导电沟道， 作用下无i 在VDS作用下无 D。 耗尽型：VGS=0时，漏源之间有导电沟道， 耗尽型： 时 漏源之间有导电沟道， 作用下i 在VDS作用下 D。
ID
（2）VDS>0 但|VGS-VDS| < | VP | ，时 (a) VDS增加，d端电位高， 增加， 端电位高， 端电位高 s端电位低，导电沟道内存 端电位低， 端电位低 在电位梯度， 在电位梯度，所以耗尽层 上端变宽。 上端变宽。VDS↑→ ID ↑ (b)| VGS- VDS | = | VP |时， 时 导电沟道在a点相遇， 导电沟道在 点相遇，沟道 点相遇 被夹断。 被夹断。 VGS=0时，产生夹断时的 D 时 产生夹断时的I 称为漏极饱和电流I 称为漏极饱和电流 DSS (c) VDS↑ → ID=IDSS基本不变。 基本不变。 ID
# 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？ 为什么JFET的输入电阻比 的输入电阻比BJT高得多 高得多？
• 5.3.2 JFET的特性曲线及参数 的特性曲线及参数
1. 输出特性 之间的变化关系。 表示v 一定时， 表示 GS一定时，iD与vDS之间的变化关系。
IID D
综上分析可知
• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。 所以场效应管也称为单极型三极管。 • JFET栅极与沟道间的 结是反向偏置的，因 栅极与沟道间的PN结是反向偏置的， 栅极与沟道间的 结是反向偏置的 此iG≈0，输入电阻很高。 ，输入电阻很高。 • JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制。 是电压控制电流器件， 控制。 是电压控制电流器件 • 预夹断前 D与vDS呈近似线性关系；预夹断后， 预夹断前i 呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。 趋于饱和。
电压放大倍数 令：
输入电阻： 输入电阻： 输出电阻： 输出电阻：
例5.2.5
s
（2）共漏级电路（与共集电极类似） ）共漏级电路（与共集电极类似）
例5.2.6
( gm vgs )( R || rds ) vo Av = = vi vgs + gm vgs ( R || rds )
gm ( R || rds ) = ≈1 1 + gm ( R || rds )
与N沟道类似 沟道类似
g
耗尽型
d 衬底 s
g
增强型
d 衬底 s
5.1.4 沟道长度调制效应
饱和区域内， 饱和区域内，漏极电流实际还和沟道长度有关
i D = K n (vGS − VT ) (1 + λ v DS )
2
0 .1 − 1 λ≈ V L
HW. P.249 5.1.1, 5.1.4
• 5.1.5 场效应管的参数
5.3 结型场效应管
• 5.3.1 JFET的结构和工作原理 的结构和工作原理 1、结构 、
S(s)—源极 S(s) 源极 D(d)—漏极 D(d) 漏极 G(g)—栅极 G(g) 栅极
2、工作原理： 、工作原理： （1） VDS=0 时，VGS对导电沟道的影响： ） 对导电沟道的影响： (a) VGS=0，VDS=0 ， ID=0 （b) VGS ↑ → 耗尽层变宽 (c) |VGS | = VP ，导电沟 道被全夹断 VP(VGS(OFF) )： ： 夹断电压 栅源之间的PN结反偏， 栅源之间的PN结反偏， PN结反偏 RGS>107Ω，所以 G=0 所以I
转移特性
• 5.1.2 N沟道耗尽型 沟道耗尽型MOSFET 沟道耗尽型 N沟道耗尽型：栅极绝缘层中掺有大量的正离子 沟道耗尽型：栅极绝缘层中掺有大量的正离子. 沟道耗尽型