第章-场效应晶体管及其放大电路

第三章：场效应晶体管及其放大电路

北京邮电大学电信院电路与系统中心内容提要内容提要场效应晶体管利用输入电压在管内形成的电场影响导电沟道的形状，进而控制输出电流场效应管的特点：输入阻抗高抗辐射能力强热稳定性好重点介绍场效应管的结构、工作原理及其应用电路N沟道增强型场效应管的结构第一节：MOS场效应管衬底上的箭头代表PN结的正向方向MOS管的命名原因沟道的含义N沟道增强型场效应管的基本工作原理(一)第一节：MOS场效应管栅源电压对管工作的影响设时管子截止时时反型层形成，出现导电沟道：开启电压N沟道增强型场效应管的基本工作原理(二)第一节：MOS场效应管漏源电压对管工作的影响设时导电沟道变为楔形时出现预夹断时沟道被夹断N沟道增强型场效应管的基本工作原理(三)第一节：MOS场效应管栅源电压起着建立导电沟道和控制沟道形状的作用由于沟道电流仅由多子流构成，故也称场效应管为单极型晶体管。特点：漏源电压产生输出电流并改变沟道形状温度稳定性能好抗辐射能力强增强型的含义N沟道增强型场效应管的输出特性曲线(一)第一节：MOS场效应管由于栅极与源极和漏极之间有绝缘层隔开，故栅极输入电流极小，输入电阻极高，可以达到以上因此，常用的特性曲线为输出特性曲线和转移特性曲线N沟道增强型场效应管的输出特性曲线(二)第一节：MOS场效应管可变电阻区饱和区击穿区截止区截止区：可变电阻区：饱和(恒流)区：厄尔利电压沟道长度调制效应击穿区：放大区预夹断点N沟道增强型场效应管的转移特性曲线(一)第一节：MOS场效应管转移特性曲线表示漏源电压一定时，漏极电流与栅源电压之间的关系曲线可由输出曲线求得转移跨导：N沟道挨增强而型场蛮效应韵管的协转移痛特性捏曲线(二)第一宜节：MO逆S场效继应管在相晋同工后作点峡电流芽情况惭下，MO烤S管跨施导的忆数值咐通常奸会比假双极饭型管牌的小责，可渔能小1~糕2个数瞧量级跨导网也可孕以由甘转移歌特性燃曲线告图解样确定MO担S场效企应管鸣的击惹穿第一愚节：MO需S场效余应管饱和盆区内规，过安大的珠漏源觉电压谎所产院生的浪击穿赠与输辰出特鸦性曲酿线上稠的击卵穿区趣对应漏源政电压宪过大饰时，握会导埋致漏践区与浸衬底践间的PN结出栋现反融向击铲穿饱和他区内示可能筒会出类现贯扰通击痰穿当栅四源电精压过党大时巩，可琴能会革导致坊绝缘叙层被博击穿MO亿S场效小应管芒衬底抢调制炉效应(一)第一肺节：MO匪S场效抓应管在MO体S管工崖作时宏，漏喂区、傻源区兄、导攻电沟宗道与布衬底箩之间么的PN结不姨应出鉴现正横向导杆通情孕况，穷否则饮管不街能正灶常工下作这就要求N沟道型管的衬源极间电压应满足，P沟道型管应MO扎S场效并应管纠衬底删调制孤效应(二)第一短节：MO揉S场效企应管分立元件中，衬底B一般与源极S相连。在集成电路中，由于所有元件为同一衬底，为保证所有元件的沟道与衬底间的隔离，导电沟道与衬底之间所形成的PN结必须反偏，也即N沟道MOS管的。所以，开启电压和转移特性曲线右移背栅帝跨导P沟道迅增强逃型MO达S场效荡应管(一)第一吴节：MO独S场效没应管P沟道柿管的泡结构螺和原煤理与N沟道矩管类犹似但应辆注意栏沟道近极性俱的区找别及常由此末带来亮的电念流、搁电压吉方向划的变刘化P沟道逝增强忠型MO询S场效继应管(二)第一终节：MO歇S场效紫应管应注羡意特嫩性曲闭线图快中电剂流、接电压馋的方促向耗尽慢型MO蹦S场效糊应管(一)第一毒节：MO形S场效巴应管耗尽总型MO谋S管在塌栅源某零偏结时即呀已存准在导死电沟究道注意筐其符愁号与宜增强帜型的膛区别耗尽镜型MO意S场效贪应管(二)第一异节：MO碗S场效姥应管：截止电压或阈值电压也会盟产生津预夹彼断和感漏极枕电流穴饱和裕的情俱况时已有导电沟道，故时即有漏极电流产生耗尽路型MO奋S场效玻应管(三)第一法节：MO国S场效辰应管可变璃电阻湿区饱和姨区击穿价区截止区截止区：可变狠电阻验区：饱和(恒流)区：击穿傍区耗尽申型MO穿S场效馒应管(四)第一佣节：MO纺S场效花应管P沟道桑型管刚的特针性可淘与之且类比MO作S管类味型总船结第一咳节：MO终S场效柱应管MO休S管N沟道MOS管P沟道MOS管N沟道增强型MOS管N沟道耗尽型MOS管P沟道增强型MOS管P沟道耗尽型MOS管MO汪S管的列结构注意N沟道晶与P沟道称的区右别注意培增强惯型与壶耗尽框型的滥区别结型下场效汽应管赢的结腥构第二俘节：介结型痰场效互应管结型夏场效围应管(J妇FE棍T：Ju模nc件ti辞on取F现ie湿ld逃E守ff提ec弯t殊Tr猫an抢si拐st浇or锡)根据夕沟道卫类型淋不同怠亦可抬分类结型浅场效甘应管特的基麦本工纤作原峡理(一)结型卷场效智应管宣存在龙着内班建初烂始导垒电沟辉道，艘这一络点与垦耗尽坟型管翠类似结型场效应管应用时的输入电阻很大，可达以上结型砖场效军应管补也是椒通过返控制揉导电云沟道俗的形汉态改啊变输构出电酸流结型啦场效粮应管绿输入层信号庭及输石出电诊流、劳电压拳的选持择与MO幼S管类舞似第二普节：仍结型除场效职应管结型朱场效萌应管汤的基廊本工册作原存理(二)栅源电压对管工作的影响时耗尽徒层增歇厚，痕导电缝沟道筹变薄怠，沟短道电暖阻增葵大设时沟道杨全夹盆断，贡漏极格电流炮为零：夹断电压第二乞节：肥结型乏场效魂应管结型匪场效看应管释的基李本工列作原奥理(三)漏源电压对管工作的影响时导电摩沟道评变为龄楔型时继续增大时沟道预夹断，此时的漏极电流为饱和电流设此时张对应触于输狐出特铲性曲米线饱生和区第二模节：捏结型轰场效奖应管结型库场效零应管苦的特昆性曲酒线恒流介区击穿酱区可变园电阻藏区夹断电压饱和漏极电流第二蛾节：陆结型遍场效浆应管大功糕率管扣的作益用第三菜节：VD劫MO防S和IG衡BT管大功率管：最大允许工作电流、击穿电压、最大耗散功率的数值均较大横向汉结构区场效抱应管翅的漏新源击巷穿电丛压和奋最大希耗散郊功率姑、最腥大容姨许工岩作电铃流不校能同识时增贞大VD孤MO辞S型场货效应奶管第三铜节：VD功MO别S和IG轻BT管VD姻MO棚S的结献构说戒明VD阻MO泄S中沟猪道的基产生VD贿MO承S中的佣三极乐管及腊器件咬符号IG拥BT型管第三赌节：VD辞MO隶S和IG天BT管请自展行参叠阅课殃本MO换S场效撕应管早的瞬牛态模庸型第四恰节：型场效武应管犬放大对电路MO窗S场效贡应管考的微尸变信规号模奇型第四冤节：亚场效素应管性放大股电路结型袍场效骗应管捡的微访变信瓶号模迫型第四尘节：市场效衰应管煎放大鸭电路场效喉应管抚放大左电路国的要瞒点第四凶节：另场效晌应管朋放大佩电路分析堵方法络与三却极管楼放大惹电路贿相同柴，仍丛然是季先静我态后询动态徐，既阅可以迁使用病图解盟法又槽可以欢使用番等效检电路沾法注意射偏置双电路侨的设卧置（糠对于衬不同当的场矮效应讯管来伤说有衫不同凉的设嚼置需陷求）由于袖栅极肚电流拣为零验，因松此在移等效俯模型岩中的贡栅极塑为悬佛空。再受控浩电流财源所类反映挎的为跑栅源辫电压旷对漏马极电查流的雁控制异作用跨导跳一般东较小必，从断而使氧得场肿效应骨管放葱大电危路的除具体诵参数警与三泰极管冷放大滤电路肆相比降有一烈些不获同之桌处偏置语变量侧的相可关回页顾第四草节：主场效关应管肯放大侄电路所谓秧偏置碗，就诵是给断器件陵加一搂定的疼电压(或电晒流)，使滚其工固作点狮偏离换原点麻，以仆便器注件能铁够在捡电路嫩中按方照人畏们的夫要求虫工作赵。对适于放惠大运览用来完说，齿器件气应工址作于早放大(恒流攻，饱额和)区当大鸭信号您工作控时，颂静态匠工作县点的粒位置宜及动抹态运测用的仇范围妥影响桃非线月性失侧真当小幻玉信号默运用枯时，漆只要拢是在侦放大菜区，尚静态正工作悟点的晌位置弹并不浇影响嚼非线屋性失吧真，须但将俯影响尘放大裳量(动态施范围)和功库率消介耗偏置宋电路胃应兼怎顾静激态工利作点宜的稳蚕定、罗功率筑消耗俗。大妨信号跨运用掉时，运静态悔工作迎点的救不稳耳定还冰影响罢动态蒙运用毅范围销和功兆率损估耗，吐后者坚将牵衰涉到破器件琴的安争全运简用分压戴式偏哨置第四花节：杨场效造应管烫放大辱电路管状壮态的暗分析预过程绪与三默极管集类似泊，即蚂先假惧定管悲处于葵饱和呈状态秒并展央开分凭析看寻结果公是否学一致对于羡不同总类型英的管谦子来圈说，影应注肿意：N沟道减增强爱型N沟道割耗尽时型N沟道歼结型P沟道帽型管电源悠电压递应为伐负值自给窃偏压忆式偏咸置(一)第四射节：蛋场效炭应管件放大卷电路静态陈时靠单源极吗电阻畅上的鼠电压而为栅朋－源嗽提供谦一个边负的请偏压熊，故溜称自如给偏取压增强太型场弓效应遣管为煌同极终性偏我置结型邪场效场应管征为反坟极性亏偏置耗尽佛型MO疤S场效嗓应管催两者微均可自给戚偏压内适用押于结翼型或永耗尽暴型管自给繁偏压宅式偏想置(二)第四更节：疾场效设应管养放大患电路偏置岩电阻球对交召流信膛号有盐损耗喘作用迷，也捧降低擦了放反大电技路的布输入尾电阻在集虎成电老路中弱，本倦级放停大电州路的杀输入削端直微流偏蚂置通骑常由吃前级匪电路贿的输遣出提含供必要施时加来入直桶流电脏平移素动单纵元，味称这稍种偏底置方赞式为畏直接黎偏置场效姥应管疏的三纽奉种基坚本组蜜态放证大电笑路第四在节：抚场效丹应管蜓放大邪电路共源魔与共却射对局应共漏闭与共屯集对触应共栅叉与共倚基对屋应场效塔应管特基本电共源遥放大鸡电路第四践节：够场效漫应管挥放大蚕电路基本聪特性斯及应谋用范效围同强共射炸电路场效踢应管托基本允共栅扰放大侦电路第四阅节：罩场效贺应管龟放大脖电路基本映特性壁及应某用范验围同脾共基陈电路场效刃应管庭基本糊共漏倘放大季电路第四算节：挣场效颂应管扭放大睛电路基本柄特性淡及应俭用范尸围同窜共集控电路场效吸应管拿基本旨电流少源(一)第四肤节：谣场效纱应管托放大拨电路T2管的，保证其工作在饱和区设忽略沟道长度调制效应后()，若两管参数对称则为镜像电流源，否则为比例电流源场效唉应管婶基本险电流约源(二)第四糖节：渡场效砖应管泥放大道电路为了提高集成度，通常用有源电阻代替一般电阻合理限设计T1、T3管的就宽长堡比，汁即可萌得到写符合美要求勺的参五考电警流场效锹应管盏串联侧电流往源第四拿节：挂场效养应管缝放大订电路T3、T4特性师相同输出蒸电流内几乎缘瑞不受术电流蔽源输道出端吨电压胜的影梳响，闯从而口使输代出电袖阻大哪为提莲高，而保证警了良址好的劳恒流棍特性场效故应管敌威尔苦逊电产流源第四咐节：搏场效嫂应管况放大婚电路三管领均工阴作在脆饱和中区具有窄很高蓬的输萍出电鹊阻由于闸串联终电流猎源和奥威尔究逊电葡流源啦在输采出回雕路中窑串联饮有两膜个MO铅S管且厘要求绕两管侍均工田作于瞧饱和虹区，乎从而轿在电脑源电兼压一证定的讲情况互下，绿减小凶了输辩出端涉电压匙变化催的动淋态范档围MO运S管有豆源电泼阻第四乒节：见场效麦应管妄放大其电路在工作点处DS之间的直流电阻为，小信号动态电阻可在Q点处切线斜率求得注意雾伏安嫌特性位曲线估的做挂法也可伙用P沟道代管构稠成类克似电民阻NM茶OS管共劳源E/语E型放容大电辫路第四膜节：滋场效米应管唇放大垮电路放大窗管与惜负载硬管均陪为增县强型MO垄S管的套放大尤电路芹称为E/谋E放大繁电路NM愧OS管共革源E/插D型放束大电终路第四治节：鞭场效满应管挪放大旅电路以增隙强型MO峡S管(称为E管)作为最放大宁管，针耗尽裳型MO个S管(称为D管)作为史负载齐管的闷放大惯电路怖称为E/迅D放大纳电路CM却OS共源得放大拜电路第四穿节：备场效离应管雷放大奥电路没有盗衬底盐调制瓣效应鼠的原向因为保证T2管工作于饱和区，其栅极偏压应小于，且。同理，为保证T1工作于饱和区，应满足T1为放小大管滤，T2为负透载管三种冶单级捡放大滤电路滨的主博要性丧能比捏较第四链节：优场效塘应管储放大旺电路放大管：负载管：从输弓出曲舍线变炸化范沫围比焦较从线抛性放指大区泪特性折的斜余率比谊较场效父应管史差分价放大欲电路遵综述第四款节：愚场效得应管恐放大桌电路场效君应管射差分严放大束电路捡的形侮式、执基本杜特性看及分狠析方宾法与BJ减T差放艘一样场效矿应管辣差放喝具有薯输入哭电阻饺大、魂输入摇电流排小、竹输入养线性度范围携大等仆优点场效续应管甜差放北通常安也有幼微变球增益姿低、挡偏差顾失调捷大的晓缺点MO宅S管基捏本差异分放纠大电铃路(一)第四辨节：捧场效浊应管删放大羊电路电路箩结构果说明差模突微变鼠增益汪的求中解：MO铅S管基碧本差烘分放伙大电牺路(二)第四阶节：当场效扫应管译放大鞋电路MO竟S管差举放的雪传输吴特性夺与三化极管跌类似但其盒非限僚幅区宗范围弃比三腥极管惧差放突宽许故多MO多S管基菠本差委分放筛大电援路(三)第四拥节：启场效详应管内放大肤电路共模屑交流件通路狗：MO披S管有鉴源负犁载差装分放俘大电黎路(一)第四沟节：能场效塞应管狱放大桨电路E/盏E型放之大电迁路负载管的微变电阻为MO待S管有条源负饿载差续分放偶大电托路(二)第四呢节：金场效饱应管售放大背电路以电域流源虹作为槽有源据负载俯的CM凉OS差放MO若S管有搜源负先载差刊分放示大电穿路(三)第四斩节：掏场效茎应管厚放大滔电路以镜俩像电膨流源秃作为槐有源许负载常的CM户OS差放可类淘比三竟极管述差放瓜电路差放构中的慎衬底寄调制摔效应第四肠节：设场效荣应管忘放大道电路请自访行阅德读课殿本模拟活开关劈燕综述第五毁节：英场效由应管环模拟喂开关模拟巴开关偿：用符于控夸制信饿号的迈通断一个恒理想制的模朵拟开苏关，尘接通冠时电韵阻为只零，绞关断锅时电旁阻为馆无穷潜大。夜开关狠的工朵作速阶度要革快且色对其飞它电划路的艺性能牢的影及响要果小实际豪的模柱拟开库关是究由工执作在杰开关敞状态秒的晶艇体管盟或场伏效应徒管组灾成，瞎外加莫控制权电压爪使晶兔体管训交替张工作票在饱躬和区司和截夹止区裤，或羞使场劫效应箭管交杀替工位作在口可变这电阻朋区和牙截止结区单管MO肃S模拟尝开关(一)第五宁节：贞场效蹈应管顽模拟唱开关由于N沟道MO痕S管的坏导通受电阻偶小，泪单沟灯道模各拟开缩慧关一雄般使捞用NM胡OS管当栅极控制电压为低电平即时，MOS管截止，开关断开当栅极控制电压为高电平即时，管子，MOS管导通，且由于负载电阻很大，管子工作于可变电阻区…，开关闭合单管MO熄S模拟聚开关(二)第五梨节：奖场效愚应管语模拟雾开关为使筒开关惰能正衔常工叙作，MO办S管各指极之枪间的河