模电08MOS电路

1、5.1 场效应管场效应管 (另一类三端放大器件另一类三端放大器件)增强型增强型E型型耗尽型耗尽型D型型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）场效应管场效应管(FET)结结 型型(JFET)绝缘栅型绝缘栅型(MOSFET)特点：特点：分类：分类：体积小，重量轻，耗电省，寿命长；输入阻抗高，体积小，重量轻，耗电省，寿命长；输入阻抗高，噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，制造工艺噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，制造工艺简单。尤其简单。尤其MOS管在大规模和超大规模集成电管在大规模和超大规模集成电路中占有重要地位。路中占有重要地位。5.2 MOSFET放大电路

2、放大电路5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算2. 图解分析图解分析3. 小信号模型分析小信号模型分析*5.2.2 带带PMOS负载的负载的NMOS放大电路放大电路5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算（1）简单的共源极放大电路）简单的共源极放大电路（N沟道）沟道） 场效应管场效应管共源极放大电路共源极放大电路直流通路直流通路5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算（1）简单的共源极放大电路）简单的共源极放大电路（N沟

3、道）沟道）DDg2g1g2GSVRRRV 2)(TGSnDVVKI dDDDDSRIVV 假设工作在饱和区，即假设工作在饱和区，即)(TGSDSVVV 验证是否满足验证是否满足)(TGSDSVVV 如果不满足，则说明假设错误如果不满足，则说明假设错误须满足须满足VGS VT ，否则工作在截止区，否则工作在截止区图图5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算（1）简单的共源极放大电路）简单的共源极放大电路（N沟道）沟道）再假设工作在可变电阻区再假设工作在可变电阻区)(TGSDSVVV 即即dDDDDSRIVV DSTGSnD )(vvVKI

4、 2如果不满足，则说明假设错误如果不满足，则说明假设错误假设工作在饱和区假设工作在饱和区满足满足)(TGSDSVVV 假设成立，结果即为所求。假设成立，结果即为所求。解：解：V2V5406040 DDg2g1g2GSQ VRRRVmA2 . 0mA)12()2 . 0()(22TGSnDQ VVKIV2V)152 . 05(dDDDDSQ RIVV例：例：设设Rg1=60k ，Rg2=40k ，Rd=15k ，220V/mA.n K试计算电路的静态漏极电流试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源和漏源电压电压VDSQ 。VDD=5V， VT=1V，5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流

5、偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算（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2)(TGSnDVVKI 假设在饱和区假设在饱和区需要验证是否满足需要验证是否满足)(TGSDSVVV SGGSVVV )()(dDSSDDDSRRIVVV )(SSSSDDg2g1g2VVVRRR )(SSDVRI 5.2.1 MOSFET放大电路放大电路1. 直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算静态时，静态时，vI0 0，VG 0 0，电流源偏置电流源偏置 2TGSnD)(VVKI （饱和区）（饱和区） ID I例：电流源偏置电路例：电流源偏置电路Q点分析点分

6、析5.2.1 MOSFET放大电路放大电路2. 图解分析图解分析由于负载开路，交流负由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同载线与直流负载线相同 5.2.1 MOSFET放大电路放大电路3. 小信号模型分析小信号模型分析（1）模型）模型gsmdvgi 0 0时时高频小信号模型高频小信号模型3. 小信号模型分析小信号模型分析解：例解：例5.2.25.2.2的直流分析已的直流分析已求得：求得： mA5 . 0DQ IV2GSQ VV75. 4DSQ VmS1 mS)12(5 . 02 )(2TGSQnm VVKg（2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.2.5）s3. 小信号模型分析小信号模型分

7、析（2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.2.5）dgsmoRg vv )1()(mgsgsmgsiRgRg vvvvRgRgAmdmio1 vvvg2g1i| RRR doRR siisiiososRRRAA vvvvvvvvs3. 小信号模型分析小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析（例（例5.2.6）)|()|)(dsgsmgsdsgsmiorRgrRgAvvvvvv 1)|(1)|(dsmdsm rRgrRg)()|(1)|( siidsmdsmsiiososRRRrRgrRgA vvvvvvv共漏共漏3. 小信号模型分析小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析g2g

8、1i| | RRR mdsmdstto1| | 111grRgrRiR v5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET2. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程 21)(PGSDSSDVIiv 21)(TGSDOD VIiv（N N沟道增强型）沟道增强型）5.1.3 P沟道沟道MOSFETVgs为负值，为负值，VT为负值，为负值，Vds取负值。取负值。iD的实际方向为流出漏极。的实际方向为流出漏极。5.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数一、直流参数一、直流参数NMOSNMOS增强型增强型1. 1. 开启电压开启电压V VT T （增强型参数）（增强型参数）2. 2.

9、 夹断电压夹断电压V VP P （耗尽型参数）（耗尽型参数）3. 3. 饱和漏电流饱和漏电流I IDSSDSS （耗尽型参数）（耗尽型参数）4. 4. 直流输入电阻直流输入电阻R RGSGS （10109 910101515 ）二、交流参数二、交流参数 1. 1. 输出电阻输出电阻r rdsds GSDDSdsVir vD12TGSnds1)(iVKr v当不考虑沟道调制效应时，当不考虑沟道调制效应时， 0 0，rdsds 5.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数三、极限参数三、极限参数 1. 1. 最大漏极电流最大漏极电流I IDMDM 2. 2. 最大耗散功率最大耗散功率P PDMDM

10、 3. 3. 最大漏源电压最大漏源电压V V（BRBR）DSDS 4. 4. 最大栅源电压最大栅源电压V V（BRBR）GSGS *5.2.2 带带PMOS负载的负载的NMOS放大电路放大电路本小节不作教学要求，有兴趣者自学本小节不作教学要求，有兴趣者自学5.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET1. 结构结构（N沟道）沟道）符号符号箭头方向：由箭头方向：由P指向指向N5.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET1. 结构结构（N沟道）沟道）符号符号另：衬底另：衬底B与与S之间零偏或反偏。之间零偏或反偏。BS可连在一起，可连在一起，或或 NMOS可将可将B接电路的最接电路的最低低电位；电

11、位；PMOS可将可将B接电路的最接电路的最高高电位。电位。栅源电压栅源电压VGS的控制作用的控制作用v0vGSVT (开启电压开启电压) d与与s之间相当于之间相当于大电阻大电阻，近似开路。，近似开路。2. N沟道增强型沟道增强型MOSFET工作原理工作原理符号符号vvGSVT vDS小（小（ vDS vGS-VT ），）， d与与s之间相当于之间相当于可变电阻可变电阻，阻值与，阻值与vGS负相关。负相关。 vDS大（大（ vDS vGS-VT ），）， d与与s之间相当于之间相当于受控电流源受控电流源，电流值与，电流值与vGS正相关。正相关。3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大

12、信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程const.DSDGS)( vvfi 截止区截止区当当vGSVT时，导电沟道尚时，导电沟道尚未形成，未形成，iD0，为截止工，为截止工作状态。作状态。3. V-I 特性曲线及大信号特性方程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）输出特性及大信号特性方程 可变电阻区可变电阻区 vGSVT vDS（vGSVT） )(22DSDSTGSnDvvv VKi由于由于vDS较小，可近似为较小，可近似为DSTGSnD )V(Kivv 2const.DSDGS)( vvfi3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号

13、特性方程（1）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程const.DSDGS)( vvfi 可变电阻区可变电阻区 vGSVT vDS（vGSVT）DSTGSnD )V(Kivv 2 n ：反型层中电子迁移率：反型层中电子迁移率Cox ：栅极（与衬底间）氧：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容化层单位面积电容本征电导因子本征电导因子oxnnCK LWCLWKK22oxnnnKn为电导常数，单位：为电导常数，单位：mA/VmA/V2 23. V-I 特性曲线及大信号特性方程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）输出特性及大信号特性方程const.DSDGS)( vvfi 可变电阻区可变电阻区vGSVTvDS（vGSVT）DSTGSnD )V(Kivv 2常数常数 GSDDSdsoddvvir)(TGSnVK v21rdso是一个受是一个受vGS控制的可变电阻控制的可变电阻 3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（1）输出特