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模拟电子技术 CH5-1 场效应管放大电路
* N沟道 P沟道 增强型 耗尽型 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 (耗尽型) FET 场效应管 JFET 结型 MOSFET 绝缘栅型 分类: 回忆场效应管FET 5. 场效应管放大电路 增强型MOSFET(以N沟道为例) 增强型―vGS=0时, iD=0; vGSVT时, iD0 vGS 对 iD 的控制作用 vGS越大,导电沟道越厚 沟道电阻越小 对于相同的 VDS ,iD越大 ∴vGS 对 iD 有控制作用 (a)当 vDS 较小时, 导电沟道呈斜坡型,iD 随着 vDS 的增加而增加 (b)当vDS增加到 vGD= vGS - vDS = VT , 即 vDS = vGS – vT时 靠近d点处的导电沟道预夹断 vDS 对 iD 的影响(vGS 固定为 vGS VT 的某值时) iD 不再随着 vDS 的增加而增加。 (c)预夹断后,vDS继续增加 输出特性 转移特性 输出特性 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 其中 Kn为MOS管电导常数,单位:mA/V2 输出特性 饱和区 (恒流区又称放大区) vDS≥(vGS-VT) 由于 iD 不随 vDS 的变化而明显变化, 得饱和区的转移特性表达式 * 耗尽型MOSFET的特性曲线 转移特性 在绝缘层中掺入了正离子,使vGS=0时, iD?0。 vGS?0,增强正离子电场,iD增大; vGS0 ,削弱正离子电场,iD减小。vGS?vp时,iD=0( vp ?0) ①FET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。 ②vGS对iD有控制作用,FET是电压控制电流器件 ③JFET栅极g、源极s之间反偏 g极几乎不取电流iG?0, ∴ Ri达109Ω MOSFET 的栅极g处于绝缘状态,Ri可高达1015Ω 5.2.1 MOSFET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) 共源极放大电路 直流通路 5.2.1 MOSFET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 说明工作在可变电阻区 即 假设工作在饱和区 满足 假设成立,结果即为所求。 解: 例5.2.1: 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, 5.2.1 MOSFET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 例5.2.2 MOS管的参数为 电路参数为 若流过Rg1、Rg2的电流是ID的1/10,试确定Rg1、Rg2的值。 设MOS管工作于饱和区,则有 得 又流过Rg1、Rg2的电流是ID 的1/10,为0.05mA 则有 例5.2.2 MOS管的参数为 电路参数为 若流过Rg1、Rg2的电流是ID的1/10,试确定Rg1、Rg2的值。 由 MOS管确工作于饱和区 5.2.1 MOSFET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 (饱和区) (3)由电流源提供直流偏置 NMOS共源极放大电路 VS =-VGS 需要验证是否满足 例5.2.3自看 5.2.1 MOSFET放大电路 2. 动态特性的图解分析 由于负载开路,交流负载线与直流负载线相同 vds ( vo )是对 vgs ( vi )的线性反相放大 5.2.1 MOSFET放大电路 3. 动态特性的小信号模型分析 (1)模型 取全微分 考虑沟道长度调制效应时 饱和区 修正 ?是管子的固有参数,与沟道长度成反比 若不考虑沟道调制效应, rds→∞ ,?=0 * 假设管子工作于饱和区 静态 确工作于饱和区 饱和区 求管子的小信号模型参数 例5.2.4电路如图5.2.4所示,设 VDD=5V , Rd= 3.9k? , VGS=2V。管子的参数 VT= 1V , Kn= 0.8mA/V2, ?= 0.02V-1 。当工作管工作于饱和区,试确定电路的小信号增益。 (2)放大电路动态分析 基本共源极电路 求电压增益 若?= 0,且输出加一RL负载电阻,则 若?= 0 例5.2.4电路如图5.2.4所示,设 VDD=5V , Rd= 3.9k? , VGS=2V。管子的参数 VT= 1V , Kn= 0.8m
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