模拟电子技术基础课件(康华光)第五章

预夹断后，vDS↑ →夹断区延长 →沟道电阻↑ → iD基本不变
（3） vDS和vGS同时作用时
vDS一定，vGS变化时 给定一个vGS ，就有一条不 同的 iD – vDS 曲线。
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程 （1）输出特性及大信号特性方程
i D = f (v DS ) vGS = const.
⎛ 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
iD = K n ( vGS − VT ) 2 = K n (VGSQ + vgs − VT ) 2 = K n [(VGSQ − VT ) + vgs ]2
2 = K n (VGSQ − VT ) 2 + 2K n (VGSQ − VT )vgs + K n vgs
2 = I DQ + g m vgs + K n vgs
交流参数归纳如下
共源极电路 ①电压放大倍数
& Vo & Av = = − g m R 'L & Vi
②输入电阻
Ri=Rg1//Rg2 或 Ri=Rg+(Rg1//Rg2)
③输出电阻
& V 'o Ro = = Rd // rds ≈ Rd &' o I
共漏极电路 ①电压放大倍数 & Vo g m R 'L & = Av = & Vi 1 + g m R ' L
满足 VDS > (VGS − VT )
假设成立，结果即为所求。
（2）带源极电阻的NMOS共源极放大电路
VGS = VG − VS
=[ Rg2 Rg1 + Rg2 (VDD + VSS ) − VSS ]
− ( I D R − VSS )
饱和区
I D = K n (VGS − VT ) 2
VDS = (VDD + VSS ) − I D ( Rd + R )
2
vGS − 1) 2 (1 + λv DS ) VT
L的单位为µm
当不考虑沟道调制效应时，λ＝0，曲线是平坦的。
5.1.5 MOSFET的主要参数
一、直流参数 ① 开启电压VGS(th) (或VT) 开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于 开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。 ② 夹断电压VGS(off) (或VP) 夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off) 时, 漏极电流为零。 ③ 饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管, 当VGS=0时所对应的漏极 电流。 − Vgs 1 1 Vi Ri = = & = = R // & 1 Vgs gm Ii &gs + gm − − g mV R R
③输出电阻 Ro≈Rd
*5.2.2 带PMOS负载的NMOS放大电路
本小节不作教学要求，有兴趣者自学
end
5.3 结型场效应管
5.3.1 JFET的结构和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲线及参数 5.3.3 JFET放大电路的小信号模型分析法
综上分析可知
Oxide
沟道
增强型 :当VGS=0时，不存在导电沟道 → N沟道、P
耗尽型：当VGS=0时，存在导电沟道 → N沟道、P沟道
2. 工作原理
（1）vGS对沟道的控制作用 当vGS=0时 无导电沟道， d、s间加电压 时，也无电流产生。 当0<vGS <VT 时 产生电场，但未形成导电沟道 （感生沟道），d、s间加电压后，没 有电流产生。 当vGS≥VT 时 在电场作用下产生导电沟道， d、s间加电压后，将有电流产生。 vGS越大，导电沟道越厚
三、极限参数 1. 最大漏极电流IDM 2. 最大耗散功率PDM 3. 最大漏源电压V（BR）DS 4. 最大栅源电压V（BR）GS
5.2 MOSFET放大电路
5.2.1 MOSFET放大电路
1. 直流偏置及静态工作点的计算 2. 图解分析 3. 小信号模型分析
*5.2.2 带PMOS负载的NMOS放大电路
场效应管的分类：
增强型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型 JFET 结型
N沟道 P沟道
FET 场效应管
耗尽型 N沟道 P沟道
N沟道 P沟道
（耗尽型）
5.1 金属-氧化物-半导体 （MOS）场效应管
5.1.1 N沟道增强型MOSFET 5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET 5.1.3 P沟道MOSFET 5.1.4 沟道长度调制效应 5.1.5 MOSFET的主要参数
③ 饱和区 （恒流区又称放大区）
vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT）
V-I 特性：
i D = K n ( vGS − VT ) 2
2 vGS K nVT ( VT
=
− 1) 2
vGS = I DO ( − 1) 2 VT
2 I DO = K nVT 是vGS＝2VT时的iD
（2）转移特性
5.1.1 N沟道增强型MOSFET
1. 结构（N沟道）
通常 W > L
L ：沟道长度
W ：沟道宽度
tox ：绝缘层厚度
符号 剖面图 # 符号中的箭头方向表示什么？
D(Drain)为漏极，相当c； G(Gate)为栅极，相当b； S(Source)为源极，相当e。
金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管( Metal Semiconductor FET)。分为
静态值 （直流）
动态值 （交流）
非线 性失 真项
当vgs<< 2(VGSQ- VT )时，
iD = IDQ + gmvgs =IDQ+id
λ≠0时
iD = I DQ + gmvgs = IDQ + id
id = g m vgs
式中gm=2Kn(VGS－VT)
高频小信号模型
（2）放大电路分析（例5.2.5）
VDS = VDD − I D Rd
验证是否满足 V DS
> ( V GS − V T )
再假设工作在可变电 阻区 即 VDS < (VGS − VT )
I D = 2K n ( vGS − VT ) v DS VDS = VDD − I D Rd
如果不满足，则说明假设错误
例：设Rg1=60kΩ，Rg2=40kΩ，Rd=15kΩ， VDD=5V， VT=1V， K n = 0.2mA / V 2 试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源 电压VDSQ 。 解： VGSQ
②输入电阻
Ri=Rg+(Rg1//Rg2)
③输出电阻
& V 'o 1 Ro = = R // rds //(1 / g m ) ≈ R // &' o I gm
共栅极电路 ①电压放大倍数
& & Vo − g mVgs ( Rd // RL ) & = g m ( Rd // RL ) = g m R ' L Av = = &i &gs V −V
gm ( R || rds ) = ≈1 1 + gm ( R || rds )
vo vo v i • Avs = = vs v i vs gm ( R || rds ) Ri ) = ⋅( 1 + gm ( R || rds ) Ri + Rs
Ri = Rg1 || Rg2
vt 1 Ro = = 1 1 it + + gm R rds 1 = R || rds || gm
iD = f (vGS ) vDS = const.
vGS iD = I DO ( − 1) 2 VT
5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
1. 结构和工作原理简述（N沟道）
二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子 可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流
2. V-I 特性曲线及大信号特性方程
iD ≈ I DSS (1 −
g m Rd vo Av = =− vi 1 + gm R
s
Ri = Rg1 || Rg2
Ro ≈ Rd
vo vo v i Ri • Avs = = = Av • vs v i vs Ri + Rs
共漏
例5.2.6
( gm vgs )( R || rds ) vo Av = = vi vgs + gm vgs ( R || rds )
vGS 2 ) VP
vGS iD = I DO ( − 1) 2 （N沟道增强型） VT
5.1.3 P沟道MOSFET
5.1.4 沟道长度调制效应
实际上饱和区的曲线并不是平坦的 修正后 iD = K n ( vGS
λ≈ 0 .1 − 1 V L
− VT ) (1 + λvDS ) = I DO (
解：例5.2.2的直流分析已 求得：I DQ = 0.5mA VGSQ = 2V
VDSQ = 4.75V
s
gm = 2 K n (VGSQ − VT ) = 2 × 0.5 × ( 2 − 1)mS = 1mS
vo = − g m vgs Rd
vi = vgs + ( g m vgs ) R = vgs (1 + g m R)