模拟电路第五章
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
② 可变电阻区 vDS≤（vGS－VT）
iD2 K n(v G S V T )v DS
rdso
dvDS diD
1 vGS常数 2Kn(vGSVT)
rdso是一个受vGS控制的可变电阻
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 ③ 饱和区 （恒流区又称放大区）
vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT） V-I 特性：
1. 输出电阻rds
rds
vDS iD
VG S
NMOS增强型rds[Kn(vGS VT)2]11 iD
当不考虑沟道调制效应时，＝0，rds→∞
5.1.5 MOSFET的主要参数
二、交流参数
2. 低频互导gm
gm
iD vGS
VDS
考虑到 iDKn(vGS VT)2
(vGSVT)
iD Kn
则 gmviG DSVDS[Kn(v G vG S S VT)2]VDS
5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
2. V-I 特性曲线及大信号特性方程
iD IDS(S1vVGPS)2
iD IDO(vVGTS1)2 （N沟道增强型）
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 (v G S V T )2(1v D)S IDO (vVG TS1)2(1vDS)
iDKn(vGS VT)2
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
（2）转移特性
iD f(vGS) vDScon s t.
iD
v
IDO(
GS
VT
1)2
5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
1. 结构和工作原理（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
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
5.1.1 N沟道增强型MOSFET
ห้องสมุดไป่ตู้
剖面图
S GD
耗尽层
N+
N+
P 型衬底 (掺杂浓度低)
0.1 V1 L
L的单位为m
当不考虑沟道调制效应时，＝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VT （增强型参数） 2. 夹断电压VP （耗尽型参数） 3. 饱和漏电流IDSS （耗尽型参数） 4. 直流输入电阻RGS （109Ω～1015Ω ）
二、交流参数
vGS越大，导电沟道越厚
VT 称为开启电压
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDSID 沟道电位梯度
靠近漏极d处的电位升高 电场强度减小 沟道变薄
整个沟道呈楔形分布
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDSID 沟道电位梯度
2. 小信号模型分析
5.2.1 MOSFET放大电路
1. 直流偏置及静态工作点的计算 （1）简单的共源极放大电路（N沟道）
共源极放大电路
直流通路
5.2.1 MOSFET放大电路
1. 直流偏置及静态工作点的计算
（1）简单的共源极放大电路（N沟道）
VGS Rg1Rg2Rg2VDD
须满足VGS > VT ，否则工作在截止区 假设工作在饱和区，即 V D S(V G SV T)
B
在硅绝片缘用表层金扩面上属散生喷铝的一金引方层属出法薄铝 S引iO出源2栅制绝极极作缘S两层G和个漏N极区D
符号
S — 源极 Source G — 栅极 Gate D — 漏极 Drain
D
B G
S
通常衬底与源极接在一起使用。
5.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 （1）vGS对沟道的控制作用
当vDS增加到使vGD=VT 时，
在紧靠漏极处出现预夹断。
在预夹断处：vGD=vGS-vDS
=VT
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用 预夹断后，vDS 夹断区延长
沟道电阻 ID基本不变
2. 工作原理 （3） vDS和vGS同时作用时
给定一个vGS ，就有一条不同 的 iD – vDS 曲线。
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。
5.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 （1）vGS对沟道的控制作用
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。
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
iD f(vDS) vG Scon s t.
① 截止区 当vGS＜VT时，导电沟道尚 未形成，iD＝0，为截止工 作状态。
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
iD f(vDS) vG Scon s t.
2K n(vG SV T) 2 KniD
其中
Kn
nCox 2
W L
各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线
N
沟
道
增
绝
强 型
缘
栅
场P
效
沟 道
应增
管
强 型
Sect
N 沟 道 耗 尽
绝型
缘
栅
场P
效沟 道
应耗
管
尽 型
Sect
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
5 场效应管放大电路
5.1 -氧化物-半导体（MOS）场效应管 5.2 MOSFET放大电路 5.3 结型场效应管（JFET）
场效应管的分类：
FET 场效应管
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
JFET 结型
增强型
耗尽型 N沟道 P沟道
N沟道 P沟道 N沟道 P沟道
耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在 增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道
IDK n(VG SVT)2 V D SV DD ID R d
验证是否满足 V D S(V G SV T) 如果不满足，则说明假设错误
再假设工作在可变电阻区 即 V D S(V G SV T)
ID 2 K n(v G S V T )v DS
V D SV DD ID R d
例：设Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k， VDD=5V， VT=1V， Kn0.2mA /V2 试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源 电压VDSQ 。 解： V G S Q R gR 1gR 2g 2V DD 64 040 05V 2V 假设工作在饱和区
iD2 K n(v G S V T )v DS
rdso
dvDS diD
1 vGS常数 2Kn(vGSVT)
rdso是一个受vGS控制的可变电阻
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 ③ 饱和区 （恒流区又称放大区）
vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT） V-I 特性：
1. 输出电阻rds
rds
vDS iD
VG S
NMOS增强型rds[Kn(vGS VT)2]11 iD
当不考虑沟道调制效应时，＝0，rds→∞
5.1.5 MOSFET的主要参数
二、交流参数
2. 低频互导gm
gm
iD vGS
VDS
考虑到 iDKn(vGS VT)2
(vGSVT)
iD Kn
则 gmviG DSVDS[Kn(v G vG S S VT)2]VDS
5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
2. V-I 特性曲线及大信号特性方程
iD IDS(S1vVGPS)2
iD IDO(vVGTS1)2 （N沟道增强型）
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 (v G S V T )2(1v D)S IDO (vVG TS1)2(1vDS)
iDKn(vGS VT)2
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
（2）转移特性
iD f(vGS) vDScon s t.
iD
v
IDO(
GS
VT
1)2
5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
1. 结构和工作原理（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
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
5.1.1 N沟道增强型MOSFET
ห้องสมุดไป่ตู้
剖面图
S GD
耗尽层
N+
N+
P 型衬底 (掺杂浓度低)
0.1 V1 L
L的单位为m
当不考虑沟道调制效应时，＝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VT （增强型参数） 2. 夹断电压VP （耗尽型参数） 3. 饱和漏电流IDSS （耗尽型参数） 4. 直流输入电阻RGS （109Ω～1015Ω ）
二、交流参数
vGS越大，导电沟道越厚
VT 称为开启电压
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDSID 沟道电位梯度
靠近漏极d处的电位升高 电场强度减小 沟道变薄
整个沟道呈楔形分布
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDSID 沟道电位梯度
2. 小信号模型分析
5.2.1 MOSFET放大电路
1. 直流偏置及静态工作点的计算 （1）简单的共源极放大电路（N沟道）
共源极放大电路
直流通路
5.2.1 MOSFET放大电路
1. 直流偏置及静态工作点的计算
（1）简单的共源极放大电路（N沟道）
VGS Rg1Rg2Rg2VDD
须满足VGS > VT ，否则工作在截止区 假设工作在饱和区，即 V D S(V G SV T)
B
在硅绝片缘用表层金扩面上属散生喷铝的一金引方层属出法薄铝 S引iO出源2栅制绝极极作缘S两层G和个漏N极区D
符号
S — 源极 Source G — 栅极 Gate D — 漏极 Drain
D
B G
S
通常衬底与源极接在一起使用。
5.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 （1）vGS对沟道的控制作用
当vDS增加到使vGD=VT 时，
在紧靠漏极处出现预夹断。
在预夹断处：vGD=vGS-vDS
=VT
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用 预夹断后，vDS 夹断区延长
沟道电阻 ID基本不变
2. 工作原理 （3） vDS和vGS同时作用时
给定一个vGS ，就有一条不同 的 iD – vDS 曲线。
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。
5.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 （1）vGS对沟道的控制作用
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。
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
iD f(vDS) vG Scon s t.
① 截止区 当vGS＜VT时，导电沟道尚 未形成，iD＝0，为截止工 作状态。
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
iD f(vDS) vG Scon s t.
2K n(vG SV T) 2 KniD
其中
Kn
nCox 2
W L
各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线
N
沟
道
增
绝
强 型
缘
栅
场P
效
沟 道
应增
管
强 型
Sect
N 沟 道 耗 尽
绝型
缘
栅
场P
效沟 道
应耗
管
尽 型
Sect
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
5 场效应管放大电路
5.1 -氧化物-半导体（MOS）场效应管 5.2 MOSFET放大电路 5.3 结型场效应管（JFET）
场效应管的分类：
FET 场效应管
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
JFET 结型
增强型
耗尽型 N沟道 P沟道
N沟道 P沟道 N沟道 P沟道
耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在 增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道
IDK n(VG SVT)2 V D SV DD ID R d
验证是否满足 V D S(V G SV T) 如果不满足，则说明假设错误
再假设工作在可变电阻区 即 V D S(V G SV T)
ID 2 K n(v G S V T )v DS
V D SV DD ID R d
例：设Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k， VDD=5V， VT=1V， Kn0.2mA /V2 试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源 电压VDSQ 。 解： V G S Q R gR 1gR 2g 2V DD 64 040 05V 2V 假设工作在饱和区