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1、第四章MOSFET及其放大电路第第4 4章章 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路一、一、FET原理原理二、二、FET的特性曲线的特性曲线（N-MOSFET）1.了解了解FET分类、电路符号。分类、电路符号。2.理解理解N-MOSFET工作原理；沟道状态与工作分区。工作原理；沟道状态与工作分区。放大区放大区vGS和和vDS对对iD的影响。的影响。1.理解理解iDvGS转移特性曲线、转移特性曲线、iDvDS输出特性曲线及输出特性曲线及其参变量其参变量 vGS；2.掌握掌握iDvGS之间的之间的平方律公式；平方律公式；三、三、FET的偏置电路的偏置电路1.电路结构；电路结构；2.静态工作点的联
2、立求解方法。静态工作点的联立求解方法。LBM24.1.2 结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理（1 1）栅源电压对沟道的控制作用）栅源电压对沟道的控制作用在栅源间加负电压在栅源间加负电压VGS，令，令VDS=0当当VGS=0时，为平衡时，为平衡PN结，导电结，导电沟道最宽。沟道最宽。当当VGS时，时，PN结反偏，形成结反偏，形成耗尽层，导电沟道变窄，沟道电耗尽层，导电沟道变窄，沟道电阻增大。阻增大。当当VGS到一定值时到一定值时，沟道会完，沟道会完全合拢。全合拢。定义：定义：夹断电压夹断电压Vp使导电沟道完全使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压合拢（消失）所需要的栅源电压VGS。
3、LBM6（2 2）漏源电压对沟道的控制作用）漏源电压对沟道的控制作用在漏源间加电压在漏源间加电压VDS，令，令VGS=0由于由于VGS=0，所以导电沟道最宽。，所以导电沟道最宽。当当VDS=0时，时，ID=0。VDSID靠近漏极处的耗尽层加宽，靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。沟道变窄，呈楔形分布。当当VDS，使，使VGD=VGS-VDS=VP时，时，在靠漏极处夹断在靠漏极处夹断预夹断。预夹断。预夹断前，预夹断前，VDSID。预夹断后，预夹断后，VDSID几乎不变。几乎不变。VDS再再，预夹断点下移。，预夹断点下移。（3 3）栅源电压）栅源电压V VGSGS和漏源电压和漏源电压V
4、VDSDS共同作用共同作用可用输入输出两组特性曲线来可用输入输出两组特性曲线来描绘。描绘。ID=f（V VGS GS、V VDSDS）LBM7（1）输出特性曲线：）输出特性曲线：iD=f（VDS）VGS=常数常数4.1.3 结型场效应三极管的特性曲线结型场效应三极管的特性曲线四个区：四个区：可变电阻区：预夹断前。可变电阻区：预夹断前。电流饱和区（恒流区）：电流饱和区（恒流区）：预夹断后。预夹断后。特点：特点：ID/VGS常数常数=gm即：即：ID=gmVGS（放大原理）（放大原理）击穿区。击穿区。夹断区（截止区）。夹断区（截止区）。VGSVTN且为一且为一确定值时，正向电压确定值时，正向电压V
5、DS对导电沟道及电流对导电沟道及电流iD的影响与结型场效应的影响与结型场效应管相似管相似（进入夹断才能（进入夹断才能恒流）恒流）。当当vDS较小（较小（vDSvGS-VTN）时）时iD随随vDS近似呈线性变化，近似呈线性变化，沟道没有夹断，沟道没有夹断，FET没有进入压控恒流状态。没有进入压控恒流状态。LBM14当当vDS增加到增加到vDS=VTN时时沟道沟道在在漏极漏极一端一端出现出现预夹断预夹断继续增大继续增大vDS，vGDVTN?假设工作在放大区假设工作在放大区ID=Kn(VGS-VTN)2假设工作在电阻区假设工作在电阻区ID=Kn2(VGS-VTN)VDS-VDS2工作在工作在截止区截
6、止区VDSVDS(sat)=VGS-VTN?成功成功失败失败VDSVDS(sat)=VGS-VTN?成功成功失败失败是是否否是是是是否否否否LBM40 直流电路如图直流电路如图4.10所示。设所示。设MOSFET的参数为的参数为 VTN=2V，Kn=0.16mA/V2。试确定。试确定R1和和R2使流过它使流过它们的电流为们的电流为0.1ID。要求。要求ID=0.5mA，采用标准电阻。，采用标准电阻。例例4.4目的：设计目的：设计MOSFET电路的直流偏置，满足漏极电流电路的直流偏置，满足漏极电流的特定要求。的特定要求。LBM41解：假设场效应管工作于放大区，则有解：假设场效应管工作于放大区，则
7、有 取取 R1=100k，R2=100k。LBM42验证场效应管是否处于放大区验证场效应管是否处于放大区确实处于放大区，假设正确。确实处于放大区，假设正确。LBM434.3.2 集成集成MOSFET电路的电路的直流偏置直流偏置例例4.5目的：设计一个由恒流源提供偏置的目的：设计一个由恒流源提供偏置的MOSFET电路。电路。电路如图电路如图4.11(a)所示。场效应管的参数为所示。场效应管的参数为 设计电设计电路参数使路参数使LBM44解：假设场效应管处于放大区，则有解：假设场效应管处于放大区，则有确实工作在放大区。确实工作在放大区。验证是否工作在放大区：验证是否工作在放大区：LBM45 将将N
8、沟道增强型沟道增强型MOSFET像图像图4.12所示那所示那样连接的电路应用较为广泛。图中，样连接的电路应用较为广泛。图中，永远成立，另外只要保证永远成立，另外只要保证 即可保证场效应管工作在放大区。即可保证场效应管工作在放大区。常称这种连接电路为常称这种连接电路为增强型负增强型负载载电路（这种称法在下一章作电路（这种称法在下一章作详细解释）。详细解释）。LBM46例例4.6目的：计算含增强型负载电路的工作点。目的：计算含增强型负载电路的工作点。电路如图电路如图4.13所示。已知所示。已知VTN=0.8V，Kn=0.05mA/V2。解：由于场效应管工作于放大区，所以解：由于场效应管工作于放大区
9、，所以 由上两式可由上两式可得得解得解得LBM474.4 MOSFET放大电路的交流电路放大电路的交流电路单级或单管单级或单管MOSFET放大器的三种基本组态：放大器的三种基本组态：共源极放大电路共源极放大电路 共漏极放大电路共漏极放大电路 共栅极放大电路共栅极放大电路增强型负载增强型负载LBM484.3.1 MOSFET放大电路的线性化分析原理放大电路的线性化分析原理 LBM49图图4.17 共源极电路共源极电路 图图4.18 输入输出电压信号波形输入输出电压信号波形 LBM501跨导跨导gm设设MOSFET工作于放大区工作于放大区4.3.2 MOSFET放大电路线性化模型的交流参数放大电路
10、线性化模型的交流参数若若则则LBM51令令则则即即gm是场效应管的是场效应管的跨导跨导。跨导也可以通过求微分得到。跨导也可以通过求微分得到:注：注：跨导跨导gm与静态工作点有关。与静态工作点有关。LBM522.交流输出电阻交流输出电阻rDS MOSFET工作于放大区时，漏极电流工作于放大区时，漏极电流iD与漏源电压与漏源电压vDS无关无关?实际实际MOSFET的的iD-vDS特性曲线在放大区的斜率不特性曲线在放大区的斜率不为零。当为零。当vDSvds(sat)时，出现沟道长度调制。类似于时，出现沟道长度调制。类似于BJT的基区宽调效应。的基区宽调效应。对对N沟道增强型沟道增强型MOSFET，这
11、种倾斜现象可以用下式，这种倾斜现象可以用下式校正：校正：如何确定如何确定沟道长度调制参数？沟道长度调制参数？LBM53 所有曲线的反向延长线都与电压轴相交于所有曲线的反向延长线都与电压轴相交于 vDS=-VA处，电压处，电压VA为正，它与双极型晶体管的为正，它与双极型晶体管的Early电压电压相似。相似。令令iD=0可得可得1/V1/VA A。LBM544.3.3 MOSFET放大电路的交流小信号线性模型放大电路的交流小信号线性模型LBM55例例4.9目的：确定目的：确定MOSFET的小信号电压增益。的小信号电压增益。电路如图电路如图4.17所示。设所示。设VGSQ=2.12V，VDD=5V，
12、RD=2.5k。场。场效应管参数为效应管参数为VTN=1V，Kn=0.80mA/V，=0.02V-1。该场效。该场效应管工作于放大区。求应管工作于放大区。求AV=vo/vi。解题思路解题思路：求求IDQ求交流参数求交流参数gm和和rDS画交流小信号等效电路画交流小信号等效电路求求AV、Ri、Ro等等LBM56解：解：=0.8(2.12-1)=1.0mA =5-12.5=2.5V 因此因此 2.5V =2.12-1=1.12V 场效应管确实工作于放大区。场效应管确实工作于放大区。跨导跨导 20.8(2.12-1)=1.79mA/V 输出电阻输出电阻 K LBM57由图由图4.21可求得输出电压为
13、可求得输出电压为 由于由于 ，所以小信号电压增益为，所以小信号电压增益为 =-1.79(50 2.5)=-4.26 LBM58说明：说明：由于由于MOSFET的跨导较小，因此与双的跨导较小，因此与双极型晶体管放大电路相比，极型晶体管放大电路相比，MOSFET放大放大电路的小信号电路的小信号电压增益也较小电压增益也较小。小信号电压增益为负，表明输出电压与小信号电压增益为负，表明输出电压与输入电压的相位相差输入电压的相位相差180，即，即反相反相。LBM59第四章第四章MOSFET及其放大电路及其放大电路LBM604.4 MOSFET放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态共源极放大电路共源极
14、放大电路-CS共漏极放大电路共漏极放大电路-CD共栅极放大电路共栅极放大电路-CGLBM614.4.1 共源极放大器共源极放大器-CS 1.共源极电路的基本结构共源极电路的基本结构 LBM62图图4.24 直流负载线、临界点和静态工作点直流负载线、临界点和静态工作点LBM63小信号等效电路小信号等效电路LBM64输出电压输出电压 又又因此小信号电压增益为因此小信号电压增益为 输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻LBM65例例4.10目的：确定共源极放大器的小信号电压增益和输入、目的：确定共源极放大器的小信号电压增益和输入、输出电阻。输出电阻。电路如图电路如图4.22所示。已知所示。已知VDD=10
15、V，R1=70.9k，R2=29.1k ，RD=5k 。场效应管参数。场效应管参数VTN=1.5V，Kn=0.5mA/V，=0.01V-1。设。设Rg=4k 。求。求 Av=vo/vi，Ri和和RoLBM66解：解：直流计算直流计算 小信号电压增益、输入电阻和输出电阻的计算小信号电压增益、输入电阻和输出电阻的计算因为因为所以场效应管工作在放大区。所以场效应管工作在放大区。LBM67说明：说明：该例的结果表明，工作点位于该例的结果表明，工作点位于直流负载线的中心直流负载线的中心（VDSQ=VDD/2=10/2=5V），但不是），但不是放大区的中心放大区的中心（VDS=VDS(sat)+(VDD-
16、VDS(sat)/2=1.41+(10-1.41)/2=6.61V）。所以该电路在此情况下不能获得。所以该电路在此情况下不能获得最大不失真电压。最大不失真电压。LBM68讨论：讨论：由于由于 不为零，所以放大器输入信号不为零，所以放大器输入信号 只占信号只占信号源电压的源电压的83.7,这也被称为这也被称为负载效应负载效应。尽管从栅极。尽管从栅极看入的场效应管输入电阻几乎为无穷大，但偏置电看入的场效应管输入电阻几乎为无穷大，但偏置电阻仍极大地影响了放大器的输入电阻和负载效应。阻仍极大地影响了放大器的输入电阻和负载效应。LBM69设计例题设计例题4.11目的：设计目的：设计MOSFET放大电路的
17、偏置电阻，放大电路的偏置电阻，使工作点位于放大区的中心。使工作点位于放大区的中心。电路如图电路如图4.25所示。场效应管的参数为所示。场效应管的参数为VTN=1V，Kn=1mA/V，=0.015V-1。设。设Ri=R1/R2=100k,设计电设计电路参数使路参数使IDQ=2mA，且工作点位于放大区的中心。，且工作点位于放大区的中心。LBM70解：负载线和所期望的工作点如图解：负载线和所期望的工作点如图4.264.26所示。若工所示。若工作点位于放大区的中心，则临界点处的电流必须为作点位于放大区的中心，则临界点处的电流必须为4mA4mA。即。即 4mA 4mA（下标（下标t t表示临界处的值）表
18、示临界处的值）又又 由此可得由此可得 3V 3V 或或 -1V-1V（舍去）（舍去）所以所以将工作点设置在放大区的中心，则将工作点设置在放大区的中心，则 LBM71 由此可知，最大输出电压的峰由此可知，最大输出电压的峰峰值为峰值为 下面求电阻下面求电阻 和和 的值。的值。由由 LBM72可得可得 2.41V 或或 -0.41V（舍去）（舍去）又又 由此可得由此可得 498k,125k 下面计算放大器的小信号增益下面计算放大器的小信号增益.LBM73 k /说明说明:本例中没有考虑负载电容。如果考虑负载电本例中没有考虑负载电容。如果考虑负载电容，则工作点应为交流负载线在放大区的中心，才容，则工作
19、点应为交流负载线在放大区的中心，才能获得对称的最大不失真电压。能获得对称的最大不失真电压。LBM74例例4.12目的：计算含源极电阻的共源极电路的小信号电压目的：计算含源极电阻的共源极电路的小信号电压增益。增益。电路如图电路如图4.26所示。场效应管参数为所示。场效应管参数为 VTN=0.8V，Kn=1mA/V，=0。求求Av=vo/vi。2.2.含源极电阻的共源极放大器含源极电阻的共源极放大器LBM75解：由直流分析可得解：由直流分析可得小信号跨导为小信号跨导为 小信号输出电阻为小信号输出电阻为LBM76栅栅源输入回路的源输入回路的KVL方程为方程为即即小信号电压增益为小信号电压增益为下面计
20、算小信号电压增益：下面计算小信号电压增益：LBM77说明：说明：源极电阻的影响源极电阻的影响无源极电阻无源极电阻：通过计算可得：通过计算可得VGS=1.75V，gm=1.9mA/V，AV=-gmRD=-13.3。由此可见，。由此可见，源极电阻减小了小信号电源极电阻减小了小信号电压增益（绝对值）压增益（绝对值）。有源极电阻有源极电阻：工作点更加稳定。有源极电阻时，若：工作点更加稳定。有源极电阻时，若Kn=0.8mA/V，则，则gm=1.17mA/V，AV=-5.17；若；若Kn=1.2mA/V，则，则gm=1.62mA/V，AV=-6.27。这表明，当这表明，当传导参数传导参数Kn在在20内变化
21、时，电压增益的变化为内变化时，电压增益的变化为9.5。而如果没有源极电阻，可通过相应计算知，参数而如果没有源极电阻，可通过相应计算知，参数Kn在在20变化时，电压增益的变化仍为变化时，电压增益的变化仍为20。由此可见，由此可见，工作点在有源极电阻时更加稳定工作点在有源极电阻时更加稳定。LBM783.含源极旁路电容的共源极电路含源极旁路电容的共源极电路 源极电阻上并联一个旁路电容：源极电阻上并联一个旁路电容：减小源极电阻降低小信号增益的程度减小源极电阻降低小信号增益的程度LBM79例例4.13目的：求电路的小信号电压增益，电路由恒流源提目的：求电路的小信号电压增益，电路由恒流源提供偏置，源极旁路
22、电容与恒流源并联。供偏置，源极旁路电容与恒流源并联。电路如图电路如图4.28所示。场效应管参数为所示。场效应管参数为VTN=0.8V，Kn=1mA/V，=0=0，求，求Av=vo/vi。LBM80因为因为VDS(sat)=VGSQ-VTN=1.51-0.8=0.71V VDSQVDS(sat)，由此可见场效应管工作于放大区。，由此可见场效应管工作于放大区。解：由于栅极直流电压为零，所以源极的直流电压解：由于栅极直流电压为零，所以源极的直流电压为为VS=-VGSQ，栅，栅源电压源电压VGSQ由下式求得：由下式求得：即即由此可得由此可得或或（舍去）（舍去）LBM81 图图4.29 图图4.28交流
23、小信号等效电路交流小信号等效电路LBM82输出电压输出电压由于由于vgs=vi，因此小信号电压增益为（由例，因此小信号电压增益为（由例4.12可知，可知，gm=1.4mA/V）说明说明：与例：与例4.12的小信号电压增益的小信号电压增益-5.76相相比，增加源极旁路电容后，小信号电压增比，增加源极旁路电容后，小信号电压增益升高为益升高为-9.8（只考虑绝对值）。（只考虑绝对值）。LBM834.4.2 源极跟随器源极跟随器-CD图图4.30 MOSFET共漏极电路共漏极电路LBM84交流性能分析交流性能分析图图4.31 图图4.30交流小信号等效电路交流小信号等效电路LBM85输出电压输出电压
24、由由KVL，有，有 因此因此 (4.15)1.电压增益电压增益又又其中其中LBM86小信号电压增益为小信号电压增益为即即由上式可见，电压增益由上式可见，电压增益Av小于小于1但接近于但接近于1，正的，正的增益意味着输出电压与输入电压同相。增益意味着输出电压与输入电压同相。因为输出信号基本上与输入信号相等，所以称该电因为输出信号基本上与输入信号相等，所以称该电路为路为源极跟随器源极跟随器。这一结果与。这一结果与BJT射极跟随器的情射极跟随器的情况相似。况相似。LBM87例例4.14目的：计算源极跟随器的小信号电压增益。目的：计算源极跟随器的小信号电压增益。电路如图电路如图4.30所示。已知所示。
25、已知VDD=12V，R1=162k，R2=463k ，RS=0.75k 。场效应管参数为。场效应管参数为VTN=1.5V，Kn=4mA/V，=0.01V。设。设Rg=4k 。求。求Av=vo/vi。LBM88解：直流分析结果为解：直流分析结果为 7.97mA，2.91V 小信号跨导为小信号跨导为 24(2.91-1.5)=11.3mA/V 小信号输出电阻为小信号输出电阻为 k放大器输入电阻为放大器输入电阻为 =162 463=120k小信号电压增益为小信号电压增益为LBM89说明说明：小信号电压增益为：小信号电压增益为0.860,大于零且小于大于零且小于1。源。源极跟随器的电压增益表达式与极跟
26、随器的电压增益表达式与BJT的射极跟随器的的射极跟随器的增益表达式类似。由于增益表达式类似。由于BJT的跨导一般比的跨导一般比MOSFET的跨导大得多，所以射极跟随器的电压增益比的跨导大得多，所以射极跟随器的电压增益比MOSFET源极跟随器的增益更趋近于源极跟随器的增益更趋近于1。LBM90设计例题设计例题4.15目的：设计一个特定的目的：设计一个特定的N沟道增强型沟道增强型MOSFET源极跟随器。源极跟随器。电路如图电路如图4.32所示。场效应管参数为所示。场效应管参数为VTN=1V，Kn=1mA/V，=0=0。电路参数为。电路参数为VDD=5V，Ri=300k（1）设计电路参数，使）设计电
27、路参数，使IDQ=1.7mA，VDSQ=3V;（2）求小信号电压增益）求小信号电压增益Av=vo/vi。LBM91解：（解：（1）k 代入数据得代入数据得 1.7=1(-1)由此可得由此可得 =2.30V 或或 =-0.3V（舍去）（舍去）又又 LBM92代入数据得代入数据得 2.30=5-1.71.18 由此可得由此可得 348.8k ,2144k（2）21(2.30-1)=2.6mA/V LBM93参照图参照图4.30(b)，令其中的，令其中的 ，去掉，去掉 ，即为，即为图图4.31的交流等效电路，这里不再重画。的交流等效电路，这里不再重画。代入数据得代入数据得LBM94根据图根据图4.3
28、1(b)求交流输入电阻和输出电阻。求交流输入电阻和输出电阻。输入电阻输入电阻为了计算输出电阻，将图中小信号电压源置零，在电路的输为了计算输出电阻，将图中小信号电压源置零，在电路的输出端施加一个测试电压出端施加一个测试电压vx，如图，如图4.33所示。然后求出相应所示。然后求出相应的电流的电流ix，则输出电阻，则输出电阻Ro=vx/ix。2.交流输入、输出电阻交流输入、输出电阻 图图4.33 求交求交流输出电流输出电阻的等效阻的等效电路电路LBM95在源极输出端列写在源极输出端列写KCL方程得方程得由于输入回路中无电流，因此由于输入回路中无电流，因此所以所以即即 由图由图4.33可见，可见，vg
29、s是受控电流源是受控电流源gmvgs两端的电压。这意味着两端的电压。这意味着受控电流源的等效电阻为受控电流源的等效电阻为1/gm。这一结果说明从源极（忽略。这一结果说明从源极（忽略rds）看入的等效电阻为）看入的等效电阻为1/gm。LBM96例例4.16目的：计算源极目的：计算源极-CS 跟随器的输出电阻。跟随器的输出电阻。电路如图电路如图4.30所示，电路参数和场效应管参数与例所示，电路参数和场效应管参数与例4.14相同。求输出电阻相同。求输出电阻Ro。解：由例解：由例4.14知，知，gm=11.3mA/V，RS=0.75k，rds=12.5k ，所以，所以 说明说明：在源极跟随器输出电阻中
30、，跨导占主要地位。由于输：在源极跟随器输出电阻中，跨导占主要地位。由于输出电阻很小，源极跟随器近似为一个理想的电压源，也就出电阻很小，源极跟随器近似为一个理想的电压源，也就是说，它的输出驱动能力较强。是说，它的输出驱动能力较强。LBM974.4.3 共栅共栅-CG极放大器极放大器LBM98图图4.35 图图4.34所示电路的小信号等效电路所示电路的小信号等效电路LBM99设场效应管小信号输出电阻设场效应管小信号输出电阻rds为无穷大。为无穷大。输出电压为输出电压为由输入回路的由输入回路的KVL方程得方程得其中其中1.小信号电压增益和电流增益小信号电压增益和电流增益 因此因此小信号电压增益为小信
31、号电压增益为电压增益为正，说明输出电压与输入电压相位相同。电压增益为正，说明输出电压与输入电压相位相同。（1）小信号电压增益）小信号电压增益LBM100（2）小信号电流增益）小信号电流增益在许多应用场合，共栅极电路的输入信号是电流。在许多应用场合，共栅极电路的输入信号是电流。图图4.36 电流信号源的共栅极电路的小信号等效电路电流信号源的共栅极电路的小信号等效电路LBM101在输入端由在输入端由KCL可得可得当当 及及 时，电流增益约为时，电流增益约为1，但总小于，但总小于1，且输出电流与输入电流同相。与且输出电流与输入电流同相。与BJT共基极电路的电流增共基极电路的电流增益相似。益相似。即即
32、小信号电流增益为小信号电流增益为(4.18)LBM1022.交流输入、输出电阻交流输入、输出电阻输入电阻：输入电阻：因为因为所以所以与共源放大器和源极跟随器不同，共栅极电路由与共源放大器和源极跟随器不同，共栅极电路由于场效应管的原因输入电阻很低。然而，如果于场效应管的原因输入电阻很低。然而，如果输入信号是电流，输入电阻低就成为优点。输入信号是电流，输入电阻低就成为优点。LBM103下面求输出电阻。下面求输出电阻。由图由图4.36，将电流源置零（开路），可得，将电流源置零（开路），可得 ，这说明，这说明 ，因此受控电流源，因此受控电流源 。从负载电阻的输入端方向看的输出电阻。从负载电阻的输入端方
33、向看的输出电阻为为LBM104例例4.17目的：对共栅极电路，在给定输入电流的情况下，目的：对共栅极电路，在给定输入电流的情况下，求输出电压。求输出电压。电路如图电路如图4.34所示，其交流等效电路如图所示，其交流等效电路如图4.36所示。已知电所示。已知电路参数为路参数为IQ=1mA，V+=5V，V-=-5V，RG=100k，RD=4k，RL=10k。场效应管参数为。场效应管参数为VTN=1V，Kn=1mA/V，=0=0。输入电流。输入电流ii=100sin(t)A，Rg=50k。求。求vo。LBM105解解 代入数据得代入数据得1=1(-1)解得解得 =2V 或或 =0（舍去）（舍去）小信
34、号跨导为小信号跨导为 21(2-1)=2mA/V 由式由式(4.18)可得输出电流的表达式为可得输出电流的表达式为输出电压为输出电压为即即LBM1064.4.4三种基本放大器组态的总结与比较三种基本放大器组态的总结与比较 表表4.1 三种三种MOSFET放大器的特性放大器的特性LBM107 电压增益电压增益：共源极共源极|(-gm(RD/rds)|或或|-gm(RD/rds)/(1+gmRS)|1共栅极共栅极gm(RD/rds)/(1+gmRg)1源极跟随器源极跟随器gmRS/(1+gmRS)1输入电阻输入电阻：共源极电路和源极跟随器共源极电路和源极跟随器R1/R2共栅极电路共栅极电路1/gm
35、输出电阻输出电阻：源极跟随器源极跟随器1/gm/RS/rds共源极和共栅极电路共源极和共栅极电路RD。LBM108LBM109二、二、N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管与与N沟道增强型沟道增强型MOS管相管相似，区别仅在于栅源极电似，区别仅在于栅源极电压压vGS=0时，耗尽型时，耗尽型MOS管中的漏源极间已有导电管中的漏源极间已有导电沟道产生。沟道产生。在在SiO2绝缘层中掺绝缘层中掺入了大量的金属入了大量的金属正离正离子子Na+或或K+N沟道沟道P沟道沟道LBM110vGS=0时，漏源极间的时，漏源极间的P型衬底表面也能感应生型衬底表面也能感应生成成N沟道沟道(
36、称为称为初始沟道初始沟道)，加上正向电压，加上正向电压vDS，就，就有电流有电流iD。加上正的加上正的vGS，沟道加宽沟道加宽，沟道电阻沟道电阻变小变小，iD增大增大。vGS为负时为负时，沟道变窄沟道变窄，沟道电沟道电阻变大阻变大，iD减小减小。当。当vGS负向增加到某一数值负向增加到某一数值时，时，导电导电沟道消失沟道消失，iD趋于零趋于零，管子，管子截止截止，故称为，故称为耗耗尽型尽型。沟道消失时的栅源电压称为。沟道消失时的栅源电压称为夹断电压，夹断电压，仍用仍用VP表示表示。结型场效应管只能在结型场效应管只能在vGS0，VPvGS0。LBM111三、场效应管的主要参数三、场效应管的主要参
37、数(1)开启电压开启电压VT（又称门限电压）（又称门限电压）VT是是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。场效应管不能导通。（2）夹断电压）夹断电压VPVP是是MOS耗尽型和结型耗尽型和结型FET的参数，当的参数，当VGS=VP时时,漏极电流漏极电流为零。为零。（3）饱和漏极电流）饱和漏极电流IDSSMOS耗尽型和结型耗尽型和结型FET,当当VGS=0时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。（4）输入电阻）输入电阻RGS结型场效应管，结型场效应管，RGS大于大于107，MOS场效应管场效应管,RGS可达可达109101
38、5。LBM112（5）低频跨导低频跨导gmgm反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是mS(毫西门毫西门子子)。（6）最大漏极功耗最大漏极功耗PDMPDM=VDS ID，与双极型三极管的，与双极型三极管的PCM相当。相当。LBM113四、四、场效应管使用注意事项场效应管使用注意事项1、MOS管管栅栅、源源极极之之间间的的电电阻阻很很高高，使使得得栅栅极极的的感感应应电电荷荷不不易易泄泄放放，因因极极间间电电容容很很小小，会会造造成成电电压压过过高高使使绝绝缘缘层层击击穿穿。因因此此，保保存存MOS管管应应使使三三个个电电极极短短接接，避避免免栅栅极极悬悬空空
39、。焊焊接接时时，电电烙烙铁铁的的外外壳壳应应良良好好地地接接地地，或或烧烧热热电电烙烙铁后切断电源再焊。铁后切断电源再焊。2、有有些些场场效效应应晶晶体体管管将将衬衬底底引引出出，故故有有4个个管管脚脚，这这种种管管子子漏漏极极与与源源极极可可互互换换使使用用。但但有有些些场场效效应应晶晶体体管管在在内内部部已已将将衬衬底底与与源源极极接接在在一一起起，只只引引出出3个个电电极极，这这种种管管子子的的漏漏极与源极不能互换。极与源极不能互换。3、使用场效应管时各极必须加正确的工作电压。使用场效应管时各极必须加正确的工作电压。4、在在使使用用场场效效应应管管时时，要要注注意意漏漏、源源电电压压、漏
40、漏源源电电流流及耗散功率等，不要超过规定的最大允许值。及耗散功率等，不要超过规定的最大允许值。LBM114五、双极型和场效应型三极管的比较五、双极型和场效应型三极管的比较各类型场效应管的特性比较见各类型场效应管的特性比较见P：173LBM1151.1.直流偏置电路：保证管子工作在饱和区，输出信号不失真直流偏置电路：保证管子工作在饱和区，输出信号不失真 二二.场效应管放大电路场效应管放大电路（1）自）自偏压电路偏压电路vGSvGS=-iDR 注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。计算计算Q点：点：VGS、I
41、D、VDSvGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)已知已知VP，由，由-iDR可解出可解出Q点的点的VGS、ID、VDSLBM116（2 2）分压式自偏压电路）分压式自偏压电路VDS=VDD-ID(Rd+R)可解出可解出Q点的点的VGS、ID、VDS计算计算Q点：点：已知已知VP，由，由该电路产生的栅源电压该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用于所有可正可负，所以适用于所有的场效应管电路。的场效应管电路。LBM1172.2.场效应管的交流小信号模型场效应管的交流小信号模型 与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，而在交流小与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，而在交流小信号情
42、况下，也可以由它的线性等效电路信号情况下，也可以由它的线性等效电路交流小信号模型来代替。交流小信号模型来代替。其中：其中：rgs是输入电阻，理论值为无穷大。是输入电阻，理论值为无穷大。gmvgs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。称为低频跨导。称为低频跨导。rd为输出电阻，类似于双极型晶体管的为输出电阻，类似于双极型晶体管的rce。LBM118三三.放大电路放大电路1.共源放大电路共源放大电路-CS LBM119分析：分析：（1 1）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。（2 2）求电压
43、放大倍数）求电压放大倍数（3 3）求输入电阻）求输入电阻（4 4）求输出电阻）求输出电阻忽略忽略rd由输入输出回路得由输入输出回路得则则则则由于由于rgs=LBM120（2 2）电压放大倍数）电压放大倍数（3 3）输入电阻）输入电阻得得分析：分析：（1 1）画交流小信号等效电路。）画交流小信号等效电路。由由2.共漏放大电路共漏放大电路 CDLBM121（4 4）输出电阻）输出电阻所以所以由图有由图有LBM1223 3、场效应管放大电路与三极管放大电路比较、场效应管放大电路与三极管放大电路比较1 1、共源电路与共射电路均有电压放大作用，、共源电路与共射电路均有电压放大作用，而且输出电压与输入电压
44、相位相反。而且输出电压与输入电压相位相反。2 2、共漏电路与共集电路均没有电压放大作、共漏电路与共集电路均没有电压放大作用，且输出电压与输入电压同相位。用，且输出电压与输入电压同相位。3 3、场效应管电路最突出的优点是，共源、场效应管电路最突出的优点是，共源、共漏和共栅电路的输入电阻高于相应的共共漏和共栅电路的输入电阻高于相应的共射、共集和共基电路的输入电阻。射、共集和共基电路的输入电阻。4 4、场效应管的低频跨导一般比较小，所以、场效应管的低频跨导一般比较小，所以放大能力比三极管差，因而共源电路的电放大能力比三极管差，因而共源电路的电压增益往往小于共射电路的电压增益。压增益往往小于共射电路的
45、电压增益。LBM123 第四章第四章 MOSFET及其放大电路及其放大电路一、FET原理了解FET的分类、电路符号；了解N沟道增强MOSFET的工作原理及N沟道JFET；放大区的沟道状态及vGS和vDS对iD的影响。二、FET特性曲线以N沟道增强型MOSFET为重点，理解FET的结构特性曲线和输出特性曲线，掌握放大区的平方律公式。三、FET偏置电路（自给偏压和混合偏置）掌握工作点的估算方法，了解P沟道FET与N沟道FET偏置极性的差别。四、FET的小信号模型理解gm的含义及计算式，理解rds含义、完整小信号模型；掌握低频小信号模型。五、FET的CS和CD组态放大器熟练掌握放大器电路的指标计算及特点。LBM124第第4章章:2，4，13，14，15，16，20，21，28，29；参考：参考：19，23，30第第1章：章：6，10，15，16；参考：；参考：17，18第第2章：章：1，6，7，11，12；参考：；参考：13，15第第3章：章：1，4，10，13，17，20；参考：；参考：24，27，28，30模拟电模拟电路作业参考模拟电模拟电路作业参考LBM125LBM126此此课件下件下载可自行可自行编辑修改，修改，仅供参考！供参考！感感谢您的支持，我您的支持，我们努力做得更好！努力做得更好！谢谢!