模电场效应管放大电路

模电课件场效应管放大电路第1页，课件共54页，创作于2023年2月与BJT相比：利用电压产生的电场效应来控制电流单极型晶体管：主要是多数载流子导电输入阻抗高噪声低易于制造，便于集成第2页，课件共54页，创作于2023年2月P沟道耗尽型P沟道P沟道N沟道增强型N沟道N沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)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，没有导电沟道场效应管的分类：第3页，课件共54页，创作于2023年2月5.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管5.1.1N沟道增强型MOSFET5.1.5MOSFET的主要参数5.1.2N沟道耗尽型MOSFET5.1.3P沟道MOSFET5.1.4沟道长度调制效应第4页，课件共54页，创作于2023年2月5.1.1N沟道增强型MOSFET1.结构（N沟道）L：沟道长度W：沟道宽度tox

：绝缘层厚度通常W>L第5页，课件共54页，创作于2023年2月5.1.1N沟道增强型MOSFET剖面图1.结构（N沟道）符号第6页，课件共54页，创作于2023年2月5.1.1N沟道增强型MOSFET2.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VT称为开启电压第7页，课件共54页，创作于2023年2月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>VT）时，vDS

ID

沟道电位梯度

整个沟道呈楔形分布第8页，课件共54页，创作于2023年2月当vGS一定（vGS>VT）时，vDS

ID

沟道电位梯度

当vDS增加到使vGD=VT时，在紧靠漏极处出现预夹断。2.工作原理（2）vDS对沟道的控制作用在预夹断处：vGD=vGS-vDS=VT第9页，课件共54页，创作于2023年2月预夹断后，vDS

夹断区延长

沟道电阻

ID基本不变2.工作原理（2）vDS对沟道的控制作用第10页，课件共54页，创作于2023年2月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。第11页，课件共54页，创作于2023年2月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。第12页，课件共54页，创作于2023年2月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②可变电阻区vDS≤（vGS－VT）由于vDS较小，可近似为rdso是一个受vGS控制的可变电阻第13页，课件共54页，创作于2023年2月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②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第14页，课件共54页，创作于2023年2月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）是vGS＝2VT时的iDV-I特性：第15页，课件共54页，创作于2023年2月3.

V-I特性曲线及大信号特性方程（2）转移特性第16页，课件共54页，创作于2023年2月5.1.2N沟道耗尽型MOSFET1.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，而且基本上无栅流第17页，课件共54页，创作于2023年2月5.1.2N沟道耗尽型MOSFET2.V-I特性曲线及大信号特性方程

（N沟道增强型）第18页，课件共54页，创作于2023年2月5.1.3P沟道MOSFET第19页，课件共54页，创作于2023年2月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。

修正后第20页，课件共54页，创作于2023年2月5.1.5MOSFET的主要参数一、直流参数NMOS增强型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1.输出电阻rds

当不考虑沟道调制效应时，

＝0，rds→∞

第21页，课件共54页，创作于2023年2月5.1.5MOSFET的主要参数2.低频互导gm

二、交流参数考虑到则其中第22页，课件共54页，创作于2023年2月5.1.5MOSFET的主要参数end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

第23页，课件共54页，创作于2023年2月5.2MOSFET放大电路5.2.1MOSFET放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算2.图解分析3.小信号模型分析第24页，课件共54页，创作于2023年2月5.2.1MOSFET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）直流通路共源极放大电路第25页，课件共54页，创作于2023年2月5.2.1MOSFET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）假设工作在饱和区，即验证是否满足如果不满足，则说明假设错误须满足VGS>VT，否则工作在截止区再假设工作在可变电阻区即第26页，课件共54页，创作于2023年2月假设工作在饱和区满足假设成立，结果即为所求。解：例：设Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k，试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源电压VDSQ。VDD=5V，VT=1V，第27页，课件共54页，创作于2023年2月5.2.1MOSFET放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算（2）带源极电阻的NMOS共源极放大电路饱和区需要验证是否满足第28页，课件共54页，创作于2023年2月5.2.1MOSFET放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算静态时，vI＝0，VG＝0，ID＝I电流源偏置VS＝VG－VGS（饱和区）第29页，课件共54页，创作于2023年2月5.2.1MOSFET放大电路2.图解分析由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同第30页，课件共54页，创作于2023年2月5.2.1MOSFET放大电路3.小信号模型分析（1）模型静态值（直流）动态值（交流）非线性失真项当，vgs<<2(VGSQ-VT)时，第31页，课件共54页，创作于2023年2月5.2.1MOSFET放大电路3.小信号模型分析（1）模型0时高频小信号模型第32页，课件共54页，创作于2023年2月3.小信号模型分析解：例5.2.2的直流分析已求得：（2）放大电路分析（例5.2.5）s第33页，课件共54页，创作于2023年2月3.小信号模型分析（2）放大电路分析（例5.2.5）s第34页，课件共54页，创作于2023年2月3.小信号模型分析（2）放大电路分析（例5.2.6）共漏第35页，课件共54页，创作于2023年2月3.小信号模型分析（2）放大电路分析end第36页，课件共54页，创作于2023年2月5.3结型场效应管5.3.1JFET的结构和工作原理5.3.2JFET的特性曲线及参数5.3.3JFET放大电路的小信号模型分析法第37页，课件共54页，创作于2023年2月5.3.1JFET的结构和工作原理1.结构#

符号中的箭头方向表示什么？第38页，课件共54页，创作于2023年2月2.工作原理①vGS对沟道的控制作用当vGS＜0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。第39页，课件共54页，创作于2023年2月2.工作原理（以N沟道JFET为例）②vDS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断。此时vDS

夹断区延长

沟道电阻

ID基本不变

第40页，课件共54页，创作于2023年2月2.工作原理（以N沟道JFET为例）③

vGS和vDS同时作用时当VP<vGS<0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第41页，课件共54页，创作于2023年2月综上分析可知沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，

所以场效应管也称为单极型三极管。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。第42页，课件共54页，创作于2023年2月5.3.2JFET的特性曲线及参数2.转移特性1.输出特性第43页，课件共54页，创作于2023年2月与MOSFET类似3.主要参数5.3.2JFET的特性曲线及参数第44页，课件共54页，创作于2023年2月5.3.2FET放大电路的小信号模型分析法1.FET小信号模型（1）低频模型第45页，课件共54页，创作于2023年2月（2）高频模型第46页，课件共54页，创作于2023年2月2.动态指标分析（1）中频小信号模型第47页，课件共54页，创作于2023年2月2.动态指标分析（2）中频电压增益（3）输入电阻（4）输出电阻忽略rds，由输入输出回路得则通常则end第48页，课件共54页，创作于2023年2月*5.4砷化镓金属-半导体场效应管不做教学要求第49页，课件共54页，创作于2023年2月5.5各种放大器件电路性能比较第50页，课件共54页，创作于2023年2月5.5各种放大器件电路性能比较组态对应关系：CEBJTFETCSCCCDCBCG电压增益：BJTFETCE：CC：CB：CS