模电康华光第六版ppt课件.pptx

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1、电子技术基础,模拟部分 （第六版）,华中科技大学 张林,电子技术基础模拟部分,1 绪论2 运算放大器3 二极管及其基本电路4 场效应三极管及其放大电路5 双极结型三极管及其放大电路6 频率响应7 模拟集成电路8 反馈放大电路9 功率放大电路10 信号处理与信号产生电路11 直流稳压电源,4 场效应三极管及放大电路,4.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应三极管4.2 MOSFET基本共源极放大电路4.3 图解分析法4.4 小信号模型分析法4.5 共漏极和共栅极放大电路4.6 集成电路单级MOSFET放大电路4.7 多级放大电路4.8 结型场效应管（JFET）及其放大电路*4.9 砷化镓金属

2、-半导体场效应管4.10 各种FET的特性及使用注意事项,场效应管的分类：,P沟道,耗尽型,P沟道,P沟道,（耗尽型）,4.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应三极管,4.1.1 N沟道增强型MOSFET4.1.2 N沟道耗尽型MOSFET4.1.3 P沟道MOSFET4.1.4 沟道长度调制等几种效应4.1.5 MOSFET的主要参数,4.1.1 N沟道增强型MOSFET,1. 结构,L ：沟道长度,W ：沟道宽度,tox ：绝缘层厚度,通常 W L,4.1.1 N沟道增强型MOSFET,剖面图,符号,1. 结构,4.1.1 N沟道增强型MOSFET,（1）VGS对沟道的控制作用,当VG

3、S0时,无导电沟道， d、s间加电压时，也无电流产生。,当0 VGS VTN 时,产生电场，但未形成导电沟道（反型层），d、s间加电压后，没有电流产生。,2. 工作原理,4.1.1 N沟道增强型MOSFET,当VGS VTN 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,VTN 称为N沟道增强型MOSFET开启电压,（1）VGS对沟道的控制作用,2. 工作原理,必须依靠栅极外加电压才能产生反型层的MOSFET称为增强型器件,2. 工作原理,（2）VDS对沟道的控制作用,靠近漏极d处的电位升高,电场强度减小,沟道变薄,当VGS一定（VGS VTN ）时

4、，,VDS,ID,沟道电位梯度,整个沟道呈楔形分布,当VDS增加到使VGD=VTN 时，在紧靠漏极处出现预夹断。,在预夹断处：VGD=VGS-VDS =VTN,（2）VDS对沟道的控制作用,当VGS一定（VGS VTN ）时，,VDS,ID,沟道电位梯度,2. 工作原理,预夹断后，VDS,夹断区延长,沟道电阻,ID基本不变,（2）VDS对沟道的控制作用,2. 工作原理,（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。,2. 工作原理,以上分析可知,沟道中只有一种类型的载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管。,MOSFET是

5、电压控制电流器件（VCCS），iD受vGS控制。,预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。,# 为什么MOSFET的输入电阻比BJT高得多？,MOSFET的栅极是绝缘的，所以iG0，输入电阻很高。,只有当vGSVTN时，增强型MOSFET的d、s间才能导通。,3. I-V 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, 截止区当vGSVTN时，导电沟道尚未形成，iD0，为截止工作状态。, 可变电阻区 vDS （vGSVTN）,由于vDS较小，可近似为,rdso是一个受vGS控制的可变电阻,（1）输出特性及大信号特性方程,3. I-V 特性曲线及大信号特性方程,

6、可变电阻区,n ：反型层中电子迁移率Cox ：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容,本征电导因子,其中,Kn为电导常数，单位：mA/V2,（1）输出特性及大信号特性方程,3. I-V 特性曲线及大信号特性方程, 饱和区（恒流区又称放大区）,vGS VTN ，且vDS（vGSVTN）,是vGS2VTN时的iD,I-V 特性：,（1）输出特性及大信号特性方程,必须让FET工作在饱和区（放大区）才有放大作用。,3. I-V 特性曲线及大信号特性方程,（2）转移特性,# 为什么不谈输入特性？,在饱和区，iD受vGS控制,3. I-V 特性曲线及大信号特性方程,4.1.2 N沟道耗尽型MOSFET,1.

7、结构和工作原理,二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子，已存在导电沟道,可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流,4.1.2 N沟道耗尽型MOSFET,（N沟道增强型）,2. I-V 特性曲线及大信号特性方程,4.1.3 P沟道MOSFET,# 衬底是什么类型的半导体材料？,# 哪个符号是增强型的？,# 在增强型的P沟道MOSFET 中，vGS应加什么极性的电压才能工作在饱和区（线性放大区）？,4.1.3 P沟道MOSFET,# 是增强型还是耗尽型特性曲线？,# 耗尽型特性曲线是怎样的？vGS加什么极性的电压能使管子工作在饱和区（线性放大区）？,电流均以流入漏极的方向为正！,4.1.4 沟道长

8、度调制等几种效应,实际上饱和区的曲线并不是平坦的（N沟道为例）,L的单位为m,当不考虑沟道调制效应时，0，曲线是平坦的。,修正后,VA称为厄雷（Early）电压,1. 沟道长度调制效应,4.1.4 沟道长度调制等几种效应,衬底未与源极并接时，衬底与源极间的偏压vBS将影响实际的开启（夹断）电压和转移特性。,VTNO表示vBS = 0时的开启电压,2. 衬底调制效应（体效应）,N沟道增强型,对耗尽型器件的夹断电压有类似的影响,4.1.4 沟道长度调制等几种效应,2. 衬底调制效应（体效应）,通常，N沟道器件的衬底接电路的最低电位，P沟道器件的衬底接电路的最高电位。,为保证导电沟道与衬底之间的PN

9、结反偏，要求： N沟道: vBS 0 P沟道: vBS 0,4.1.4 沟道长度调制等几种效应,3. 温度效应,VTN和电导常数Kn随温度升高而下降，且Kn受温度的影响大于VTN受温度的影响。,当温度升高时，对于给定的VGS，总的效果是漏极电流减小。,可变电阻区,饱和区,4.1.4 沟道长度调制等几种效应,4. 击穿效应,（1）漏衬击穿 外加的漏源电压过高，将导致漏极到衬底的PN结击穿。,若绝缘层厚度tox= 50 纳米时，只要约30V的栅极电压就可将绝缘层击穿，若取安全系数为3，则最大栅极安全电压只有10V。,（2）栅极击穿,通常在MOS管的栅源间接入双向稳压管，限制栅极电压以保护器件。,4

10、.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）,4.1.5 MOSFET的主要参数,一、直流参数,3. 饱和漏电流IDSS （耗尽型参数）,4. 直流输入电阻RGS （1091015 ）,4.1.5 MOSFET的主要参数,所以,1. 输出电阻rds,当不考虑沟道调制效应时，0，rds,实际中，rds一般在几十千欧到几百千欧之间。,二、交流参数,对于增强型NMOS管,有,4.1.5 MOSFET的主要参数,2. 低频互导gm,二、交流参数,则,其中,又因为,所以,NMOS增强型,4.1.5 MOSFET的主要参数,三、极限

11、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,4.2 MOSFET基本共源极放大电路,4.2.1 基本共源极放大电路的组成4.2.2 基本共源放大电路的工作原理4.2.3 放大电路的习惯画法和主要分析法,4.2.1 基本共源极放大电路的组成,1. 如何让MOS管工作在饱和区？,元件作用,VGG：提供栅源电压使 vGS VTN,VDD和Rd ： 提供合适的漏源电压，使 vDS vGS - VTN,Rd 还兼有将电流转换成电压的作用,（VGG vi）,通常称VGG和VDD为三极管的工作电源，vi为信号。,4.2.1 基

12、本共源极放大电路的组成,2. 信号如何通过MOS管传递？,vi,信号由栅源回路输入、漏源回路输出，即源极是公共端，所以称此电路为共源电路。 也可看作信号由栅极输入、漏极输出。,饱和区,由MOS管的控制关系决定,由,可获得信号电压增益,（VGG vi）,4.2.2 基本共源放大电路的工作原理,1. 放大电路的静态和动态,静态：输入信号为零（vi= 0 或 ii= 0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,此时，FET的直流量ID、VGS、VDS，在输出特性曲线上表示为一个确定的点，习惯上称该点为静态工作点Q。常将上述三个电量写

13、成IDQ、VGSQ和VDSQ。,4.2.2 基本共源放大电路的工作原理,2. 放大电路的直流通路和交流通路,仅有直流电流流经的通路为直流通路,4.2.2 基本共源放大电路的工作原理,2. 放大电路的直流通路和交流通路,直流电压源内阻为零，交流电流流经直流电压源时不产生任何交流压降，故,直流电压源对交流相当于短路,仅有直流电流流经的通路为直流通路,4.2.2 基本共源放大电路的工作原理,2. 放大电路的直流通路和交流通路,仅有交流电流流经的通路为交流通路,直流电压源对交流相当于短路,4.2.2 基本共源放大电路的工作原理,3. 放大电路的静态工作点估算,直流通路,假设NMOS管工作于饱和区，则,

14、VGSQ = VGG,VDSQ = VDD - IDQ Rd,当已知VGG、VDD、VTN、Kn、和Rd 时，便可求得Q点（VGSQ、IDQ、VDSQ）。必须检验是否满足饱和区工作条件：VDSQ VGSQ - VTN 0。,若不满足，则说明工作在可变电阻区，此时漏极电流为,注意：电路结构不同，除FET特性方程外，其它电路方程将有差别,例4.2.1,假设NMOS管工作于饱和区，根据,已知VGG=2V，VDD=5V，VTN=1V，Kn=0.2mA/V2，Rd =12k，求Q点。,求得： VGSQ=2V，IDQ=0.2mA，VDSQ=2.6V满足饱和区工作条件： VDSQ VGSQ - VTN 0

15、，结果即为所求。,解：,4.2.2 基本共源放大电路的工作原理,3. 放大电路的静态工作点估算,饱和区的条件：VGSQ VTN , IDQ 0 ， VDSQ VGSQ - VTN,增强型NMOS管,若：VGSQ VTN , NMOS管截止。,若： VDSQ VGSQ - VTN ，NMOS管可能工作在可变电阻区。,如果初始假设是错误的，则必须作出新的假设，同时重新分析电路。,# 请归纳其它管型静态工作点的计算方法,4.2.2 基本共源放大电路的工作原理,4. 放大电路的动态工作情况,在静态基础上加入小信号vi,此时电路中的总电压和电流为,vGS = VGSQ + vi iD = IDQ + i

16、dvDS = vDSQ + vds,其中id和vds为交流量,vDS = VDD - iDRd,4.2.3 放大电路的习惯画法和主要分析法,省略工作电源的直流电压符号，仅保留电压源非接“地”端子，并标注电压源名称。,习惯画法,1. 习惯画法,4.2.3 放大电路的习惯画法和主要分析法,1. 习惯画法,4.2.3 放大电路的习惯画法和主要分析法,2. 主要分析法,图解法小信号模型分析法,4.3 图解分析法,4.3.1 用图解方法确定静态工作点Q4.3.2 动态工作情况的图解分析4.3.3 图解分析法的适用范围,4.3.1 用图解方法确定静态工作点Q,采用图解法分析静态工作点，必须已知FET的输出

17、特性曲线。,静态：vi = 0, 输入回路,vGS = VGG = VGSQ, 输出回路,vCE = VCCiCRc （直流负载线）,输出回路左侧的FET端口可用输出特性曲线描述,共源放大电路,4.3.1 用图解方法确定静态工作点Q,vGS = VGG = VGSQ,直流负载线： vCE = VCCiCRc,共源放大电路,4.3.2 动态工作情况的图解分析,共源放大电路,vGS = VGSQ + vi,工作点沿负载线移动,1. 正常工作情况,4.3.2 动态工作情况的图解分析,图解分析可得如下结论： 1. vi vGS iD vDS |vds (vo)| (vi正半周时) 2. vds与vi相

18、位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。,# 动态工作时， iD的实际电流方向是否改变， vGS、 vDS的实际电压极性是否改变？,1. 正常工作情况,4.3.2 动态工作情况的图解分析,2. 静态工作点对波形失真的影响,截止失真（NMOS）,4.3.2 动态工作情况的图解分析,饱和失真（NMOS）,2. 静态工作点对波形失真的影响,4.3.3 图解分析法的适用范围,幅度较大而工作频率不太高的情况,优点： 直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静

19、态、动态工作情况。,缺点： 不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。,4.4 小信号模型分析法,4.4.1 MOSFET的小信号模型4.4.2 用小信号模型分析共源放大电路4.4.3 带源极电阻的共源极放大电路分析4.4.4 小信号模型分析法的适用范围,4.4 小信号模型分析法,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号幅值较小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,由于场效应管是非线性器件，所以分析起来非常复杂。建立小信号模型，就是在特

20、定条件下将非线性器件做线性化近似处理，从而简化由其构成的放大电路的分析和设计。,4.4.1 MOSFET的小信号模型,1. =0时,在饱和区内有,（以增强型NMOS管为例）,FET双口网络,静态值（直流）,动态值（交流）,非线性失真项,当，vgs 2(VGSQ-VTN)时，,其中,4.4.1 MOSFET的小信号模型,FET双口网络,纯交流,电路模型,1. =0时, gmvgs 是受控源 ，且为电压控制电流源(VCCS)。 电流方向与vgs的极性是关联的。,4.4.1 MOSFET的小信号模型,FET双口网络,d、s端口看入有一电阻rds,电路模型,2. 0时,4.4.1 MOSFET的小信号

21、模型,gm 低频互导,转移特性曲线Q点上切线的斜率,3. 参数的物理意义,4.4.1 MOSFET的小信号模型,3. 参数的物理意义,rds 输出电阻,输出特性曲线Q点上切线斜率的倒数,4.4.1 MOSFET的小信号模型,4. 模型应用的前提条件, =0, 0, 参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 与静态工作点有关，在放大区基本不变。 只适合对交流信号（变化量）的分析。 未包含结电容的影响，不能用于分析高频情况。,vgs 2(VGSQ-VTN ), 小信号,4.4.1 MOSFET的小信号模型,5. 其它管型, 0,模型相同，参数类似,耗尽型NMOS管,4.4.1 MOSFET的小信

22、号模型,华中科技大学电信系 张林,5. 其它管型,模型相同，参数类似,增强型PMOS管,耗尽型PMOS管,gm始终为正数,4.4.2 用小信号模型分析共源放大电路,共源放大电路,由于小信号模型的参数是建立在静态工作点基础上的，所以分析时必须先求出电路的静态工作点,例4.4.1 VTN=1V,试确定电路的静态值，求MOS管工作于饱和区的小信号电压增益 Av 、输入电阻Ri和输出电阻 Ro 。,例4.4.1,VTN=1V,解：（1）静态工作点,增强型？耗尽型？,栅源加什么极性偏置电压？,Q点包含哪几个电量？,d和s可否互换？,直流通路,解：（1）静态工作点,直流通路,假设工作在饱和区,满足,假设成

23、立，结果即为所求。,例4.4.1,VTN=1V,解：（2）动态指标,小信号等效电路,电容和直流电压源对交流相当于短路,例4.4.1,VTN=1V,解：（2）动态指标,模型参数,电压增益,经常当作公式使用,例4.4.1,VTN=1V,解：（2）动态指标,输入电阻,输出电阻,=24 k,=3.9 k,受静态偏置电路的影响，栅极绝缘的特性并未充分表现出来,例4.4.1,VTN=1V,4.4.3 带源极电阻的共源极放大电路分析,假设在饱和区，根据,例4.4.2 VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V， Rd=10k， Rs=0.5k， Rsi=4k，Rg1=150k， Rg2

24、=47k，确定静态工作点，求动态指标。,解：（1）静态工作点,4.4.3 带源极电阻的共源极放大电路分析,例4.4.2 VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V， Rd=10k， Rs=0.5k， Rsi=4k，Rg1=150k， Rg2=47k，确定静态工作点，求动态指标。,解：（1）静态工作点,求得,验证,满足,工作在饱和区,小信号等效电路,例4.4.2 VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V， Rd=10k， Rs=0.5k， Rsi=4k，Rg1=150k， Rg2=47k，确定静态工作点，求动态指标。,解：（2）动态指标,例4.4.2

25、 VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V， Rd=10k， Rs=0.5k， Rsi=4k，Rg1=150k， Rg2=47k，确定静态工作点，求动态指标。,解：（2）动态指标,电压增益,输入电阻,35.79 k,源电压增益,放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻,例4.4.2 VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=0，VDD=VSS=5V， Rd=10k， Rs=0.5k， Rsi=4k，Rg1=150k， Rg2=47k，确定静态工作点，求动态指标。,解：（2）动态指标,输出电阻,为便于分析，先考虑0时的情况,例4.4.2 VTN=1V，Kn=0.5mA/V2，=

26、0，VDD=VSS=5V， Rd=10k， Rs=0.5k， Rsi=4k，Rg1=150k， Rg2=47k，确定静态工作点，求动态指标。,解：（2）动态指标,输出电阻, rds,为便于分析，先考虑0时的情况,所以当=0时，,当0时，若rds Rd ，则,4.4.3 带源极电阻的共源极放大电路分析,电压增益,例4.4.2,4.4.3 带源极电阻的共源极放大电路分析,例4.4.3 双电源供电，电流源偏置,静态时，vI0，VG 0，IDQ I,又 VSVGVGSQ,根据,可求得 VGSQ,则,（饱和区）,动态时,4.4.4 小信号模型分析法的适用范围,放大电路的输入信号幅度较小，FET工作在其I

27、-V 特性曲线的饱和区（即近似线性范围）内。模型参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点位置及稳定性密切相关。,优点： 分析放大电路的动态性能指标(Av 、Ri和Ro等)非常方便，且适用于频率较高时（用高频模型）的分析。,缺点： 在放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及模型参数均是针对变化量(交流量)而言的，不能用来分析计算静态工作点。,4.5 共漏极和共栅极放大电路,4.5.1 共漏极（源极跟随器）放大电路4.5.2 共栅极放大电路4.5.3 MOSFET放大电路三种组态的总结和比较,4.5.1 共漏极（源极跟随器）放大电路,1. 静态分析,设MOS管工作

28、于饱和区,需验证是否工作在饱和区,4.5.1 共漏极（源极跟随器）放大电路,2. 动态分析,根据静态工作点可求得 gm,小信号等效电路,电压增益,输出与输入同相，且增益小于等于1,4.5.1 共漏极（源极跟随器）放大电路,2. 动态分析,源电压增益,输入电阻,受静态偏置电路的影响，栅极绝缘的特性并未充分表现出来,4.5.1 共漏极（源极跟随器）放大电路,2. 动态分析,输出电阻,输出电阻较小,4.5.2 共栅极放大电路,1. 静态分析,根据直流通路有,由,可得 VGSQ,又 VS = -VGSQ,所以,VDSQ = VD - VS = VDD -IDQ Rd + VGSQ,需验证是否工作在饱和

29、区,4.5.2 共栅极放大电路,2. 动态分析,电压增益,输出与输入同相,设=0,源电压增益,4.5.2 共栅极放大电路,2. 动态分析,输入电阻,与共源电路同相,输出电阻,输入电阻远小于其它两种组态,当rds Rd 和 rds Rsi时,Ro Rd,4.5.3 MOSFET放大电路三种组态的总结和比较,1. 三种组态的判断,较好的方法并不是试图寻找接地的电极，而是寻找信号的输入电极和输出电极。 即观察输入信号加在哪个电极，输出信号从哪个电极取出，剩下的那个电极便是共同电极。如 共源极放大电路，信号由栅极输入，漏极输出； 共漏极放大电路，信号由栅极输入，源极输出； 共栅极放大电路，信号由源极输

30、入，漏极输出。,栅极始终不能做输出电极,4.5.3 MOSFET放大电路三种组态的总结和比较,2. 三种组态的动态指标比较,共源,共漏,共栅,电压增益,输入电阻,输出电阻,很高,很高,Ro Rd,Ro Rd,4.6 集成电路单级MOSFET放大电路,4.6.1 带增强型负载的NMOS放大电路4.6.2 带耗尽型负载的NMOS放大电路4.6.3 带PMOS负载的NMOS放大电路 （CMOS共源放大电路）,4.6.1 带增强型负载的NMOS放大电路,1. 负载线复习,两横轴的映射关系导致负载线水平翻转,4.6.1 带增强型负载的NMOS放大电路,2. 带增强型负载的NMOS放大电路,N沟道增强型负

31、载器件的I-V 特性,始终成立，所以管子一定工作在饱和区。有,4.6.1 带增强型负载的NMOS放大电路,2. 带增强型负载的NMOS放大电路,带负载时的图解分析,4.6.1 带增强型负载的NMOS放大电路,2. 带增强型负载的NMOS放大电路,带负载时的图解分析,电压传输特性曲线,4.6.1 带增强型负载的NMOS放大电路,2. 带增强型负载的NMOS放大电路,电压增益,由T2源极看进去的电阻为,小信号等效电路,若,则,（参考共漏极放大电路的输出电阻）,4.6.2 带耗尽型负载的NMOS放大电路,1. N沟道耗尽型负载器件的I-V特性,对应于 vGS= 0 的那根输出特性曲线,始终有,饱和区

32、线段的等效电阻就是rds,4.6.2 带耗尽型负载的NMOS放大电路,2. 用小信号模型分析法求电压增益,当vGS为恒定值时，源极看进去的电阻与 gm无关，所以由T2源极看进去的电阻为rds,小信号等效电路,4.6.3 带PMOS负载的NMOS放大电路(CMOS共源放大电路),1. 增强型PMOS负载管的I-V特性,vGS为定值，输出特性曲线中的一根,4.6.3 带PMOS负载的NMOS放大电路(CMOS共源放大电路),2. 用小信号模型分析法求电压增益,类似地，当vGS为恒定值时，漏极看进去的电阻也是rds,小信号等效电路,4.7 多级放大电路,4.7.1 共源共漏放大电路4.7.2 共源共

33、栅放大电路,4.7.1 共源共漏放大电路,1. 静态分析,直流通路,例4.7.1,例4.7.1,1. 静态分析,两管栅极均无电流，假设工作在饱和区,需验证是否工作在饱和区,已知管子参数和电路参数，便可解出两管静态工作点,1. 静态分析,将具体参数值代入，计算得,可验证两管均工作在饱和区,VGSQ1 = 1.84 V,IDQ1 = 0.2 mA,VDSQ1 = 6.02 V,IDQ2 0.49 mA,VGSQ2 = 2.78 V,VDSQ2 = 5.98 V,由于VTN1 = VTN2 = 1.2 V,例4.7.1,例4.7.1,2. 动态分析,根据,小信号等效电路,电压增益,可求得 gm,2.

34、 动态分析,源电压增益,输入电阻,输出电阻就是后一级共漏电路的输出电阻,(2 = 0),例4.7.1,4.7.2 共源共栅放大电路,华中科技大学电信系 张林,例4.7.2,1. 静态分析,直流通路,需验证是否工作在饱和区,1. 静态分析,假设工作在饱和区,例4.7.2,例4.7.2,2. 动态分析,小信号等效电路,电压增益,2. 动态分析,输入电阻,输出电阻,Ro Rd2,(2 = 0),例4.7.2,4.8 结型场效应管（JFET）及其放大电路,4.8.1 JFET的结构和工作原理4.8.2 JFET的特性曲线及参数 4.8.3 JFET放大电路的小信号模型分析法,4.8.1 JFET的结构

35、和工作原理,1. 结构,# 符号中的箭头方向表示什么？,4.8.1 JFET的结构和工作原理,2. 工作原理, vGS对沟道的控制作用,当vGS0时,（以N沟道JFET为例）,当沟道夹断时，对应的栅源电压vGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。,对于N沟道的JFET，VP 0。,PN结反偏,耗尽层加厚,沟道变窄。,vGS继续减小，沟道继续变窄。,4.8.1 JFET的结构和工作原理, vDS对沟道的控制作用,当vGS=0时，,vDS,iD ,g、d间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。,当vDS增加到使vGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹

36、断。,此时vDS ,夹断区延长,沟道电阻,iD基本不变,2. 工作原理,（以N沟道JFET为例）,4.8.1 JFET的结构和工作原理, vGS和vDS同时作用时,当VP vGS0 时，导电沟道更容易夹断，,对于同样的vDS ， iD的值比vGS=0时的值要小。,在预夹断处,vGD=vGS-vDS =VP,2. 工作原理,（以N沟道JFET为例）,综上分析可知,JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制。,预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。,# 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？,JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此iG0，输入电阻很高。,4.8.

37、2 JFET的特性曲线及参数,2. 转移特性,1. 输出特性,(VPvGS0),4.8.2 JFET的特性曲线及参数,与MOSFET类似,3. 主要参数,4.8.3 JFET放大电路的小信号模型分析法,1. JFET小信号模型,4.8.3 JFET放大电路的小信号模型分析法,2. 应用小信号模型法分析JFET放大电路,（1）静态工作点,与MOSFET类似,4.8.3 JFET放大电路的小信号模型分析法,2. 应用小信号模型法分析JFET放大电路,（2）动态指标,4.8.3 JFET放大电路的小信号模型分析法,电压增益,忽略 rds,由输入输出回路得,则,2. 应用小信号模型法分析JFET放大电

38、路,（2）动态指标,4.8.3 JFET放大电路的小信号模型分析法,输入电阻,2. 应用小信号模型法分析JFET放大电路,（2）动态指标,输出电阻,*4.9 砷化镓金属-半导体场效应管,砷化镓（GaAs）是由族元素镓和族元素砷二者组成的单晶化合物，是一种新型半导体材料。 GaAs的电子迁移率比硅约大510倍，比硅器件转换速度快很多。 高速砷化镓三极管广泛用于微波电路、高频放大和高速数字逻辑器件中。,*4.9 砷化镓金属-半导体场效应管,1. 结构,N沟道金属-半导体场效应管（MESFET）,*4.9 砷化镓金属-半导体场效应管,2. 特性,MESFET特性与JFET类似，属耗尽型FET,截止区

39、（vGSVPN）： iD0,可变电阻区（ vDS vGS VPN）：,饱和区（vDS vGS VPN）：,沟道长度调制参数通常为（0.050.2）V-1N沟道MESFET夹断电压VPN的典型值为（0.52.5）V,4.10 各种FET的特性及使用注意事项,1. 各种FET的特性比较2. 使用注意事项,1. 各种FET的特性比较,见表4.10.1,2. 使用注意事项,（1）在MOS管中，有的产品将衬底引出（这种管子有四个管脚），使用者可视需要进行连接。一般P衬底接低电位，N衬底接高电位。也可将源极与衬底连在一起。（2）FET（包括结型和MOS型）的漏极和源极通常可以互换。但有些产品出厂时已将源极与衬底连在一起，这时源极与漏极就不能互换了。（3）JFET的栅源电压不能接反，但可以在开路状态下保存。早期的MOSFET栅极无电荷释放通路，很容易累积感应电荷而产生高压，导致极薄的绝缘层击穿损坏管子。现在的MOSFET产品已采取了措施（栅-源间连有两只背靠背的稳压二极管），不再出现早期的问题。,end,