场效应管放大电路精讲课件.ppt

1、20-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-1.MOSFETNMOSPMOS增强型增强型NMOS(E型型NMOS)耗尽型耗尽型NMOS(D型型NMOS)增强型增强型PMOS(E型型PMOS)耗尽型耗尽型PMOS(D型型PMOS)2.2.工作原理工作原理3.3.特性曲线特性曲线4.MOSFET的主要参数的主要参数上上 讲讲 回回 顾顾5.1 金属氧化物半导体金属氧化物半导体(MOS)场效应管场效应管120-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-5.2 MOSFET放大电路放大电路MOSFET和和BJT放大电路的组态比较：放大电路的组态比较：共源极组态共源极组态vi接栅极接栅极Gv0接漏极

2、接漏极D共射极组态共射极组态vi接基极接基极Bv0接集电极接集电极C共漏极组态共漏极组态vi接栅极接栅极Gv0接源极接源极S共集电极组态共集电极组态vi接基极接基极Bv0接射极接射极E共栅极组态共栅极组态vi接源极接源极Sv0接漏极接漏极D共基极组态共基极组态vi接射极接射极Ev0接集电极接集电极C三极管共射极(b)共集电极(c)共基极(b)场效应管 共源极(s)共漏极(d)共栅极(g)220-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-5.2.1 简单共源极放大电路的直流分析简单共源极放大电路的直流分析gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2v0viCb2步骤步骤直流通路直流通路VGIDVS5

3、.2 MOSFET放大电路放大电路1 假设假设MOS管工作于饱和区，则有管工作于饱和区，则有 VGSQVT，IDQ0，VDSQVGSQ-VT2 利用饱和区的利用饱和区的V-I曲线分析电路：曲线分析电路：2()DnGSTIK VV3 如果出现如果出现VGSVT，则，则MOS管可能截至，如果管可能截至，如果 VDSVGS-VT，则说明，则说明NMOS确工作于饱确工作于饱和区；若和区；若VDS(VGS-VT)=2-1=1V说明管子工作在饱和状态，与最初假设一致。说明管子工作在饱和状态，与最初假设一致。720-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2v0viC

4、b2静态值：静态值：VGSQ、IDQ、VDSQ外加信号电压波形：外加信号电压波形：tvi因为：因为：vGS=VGSQ+vi所以所以vGS的波形为的波形为：iD=IDQ+gmvitvGSVGSQVGSQ1VGSQ20tiD IDQ IDQ1 IDQ20负载线方程：负载线方程：iD=-+VDDvDSRdRd是一条过是一条过(VDD,0)和和(0,VDD/RD)的直线的直线5.2.3 NMOS共源极放大电路的图解分析共源极放大电路的图解分析5.2 MOSFET放大电路放大电路820-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-vDS/ViD(mA)vGS/ViD(mA)VGSQVDDVDDRdQQ1Q

5、2viIDQvDSttVDSQ5.2.3 NMOS共源极放大电路的图解分析共源极放大电路的图解分析5.2 MOSFET放大电路放大电路920-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-1.NMOS管的管的小小信号模型信号模型双端口双端口 网络网络gsdsvgsvdsid工作在饱和区的工作在饱和区的漏极电流漏极电流iD:2DnGSTiKvV22nGSQgsTnGSQTgsKVvVKVVv222gsnGSQTnGSQTgsnKVVKVVvK vIDQidgmvgs谐波分量越小越谐波分量越小越好，一般取为好，一般取为0。ig0,输入端相当于开路；输入端相当于开路；idgmvgs，输出回路等效成一个电

6、压控制电流源。，输出回路等效成一个电压控制电流源。gm=2Kn(VGSQ-VT)5.2.4 NMOS共源极放大电路的小信号模型共源极放大电路的小信号模型5.2 MOSFET放大电路放大电路1020-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-场效应管输出特性表达式：场效应管输出特性表达式：),(=DSGSDvvfiDSVDSDGSVGSDDdvvidvvidiGSDS求全微分求全微分:dsVDSDrviGS1漏极与源极间等效电导，相当于输出特漏极与源极间等效电导，相当于输出特性曲线斜率的倒数，为无穷大性曲线斜率的倒数，为无穷大mVGSDgviDS其中：其中：为低频跨导为低频跨导,是转移特性曲线是

7、转移特性曲线Q点的斜率点的斜率5.2.4 NMOS共源极放大电路的小信号模型共源极放大电路的小信号模型5.2 MOSFET放大电路放大电路双端口双端口 网络网络gsdsvgsvdsidDSdsGSmDdvrdvgdi11dmgsdsdsig vvr变化量变化量由该式可得到场效应管的微变等效电路由该式可得到场效应管的微变等效电路1.NMOS管的管的小小信号模型信号模型1120-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-漏极与源极间等效电导，相当于输出特漏极与源极间等效电导，相当于输出特性曲线斜率的倒数，为无穷大性曲线斜率的倒数，为无穷大为低频跨导为低频跨导,是转移特性曲线是转移特性曲线Q点的斜率

8、点的斜率5.2.4 NMOS共源极放大电路的小信号模型共源极放大电路的小信号模型5.2 MOSFET放大电路放大电路双端口双端口 网络网络gsdsvgsvdsidgsgmvgsvgs+-rds+-vdsidd因因rds很大，可忽略，很大，可忽略，得简化小信号模型得简化小信号模型:可得到场效应管放大电路的微变等效电路可得到场效应管放大电路的微变等效电路1dmgsdsdsig vvr1.NMOS管的管的小小信号模型信号模型1220-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-5.2.4 NMOS共源极放大电路的小信号模型共源极放大电路的小信号模型5.2 MOSFET放大电路放大电路2.场效应管放大电

9、路的微变等效电路场效应管放大电路的微变等效电路gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2v0viCb2 首先将电容、电源短路得首先将电容、电源短路得到交流通路：到交流通路：小信号模型：小信号模型：rdsgsdgmvgsvgs+-+-v0idvi+-RgRd1320-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-5.2.4 NMOS共源极放大电路的小信号模型共源极放大电路的小信号模型5.2 MOSFET放大电路放大电路2.场效应管放大电路的微变等效电路场效应管放大电路的微变等效电路 首先将电容、电源短路得首先将电容、电源短路得到交流通路：到交流通路：小信号模型：小信号模型：rdsgsdgmvgsvgs

10、+-+-v0idvi+-RgRd(1)电压放大倍数电压放大倍数0(/)mgsdsdvigsmdg vrRvAvvg R(2)输入电阻输入电阻 Ri=Rg1/Rg2(3)输出电阻输出电阻 R0=Rd1420-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-gdsBVDDRdRg1Rg2idCb2v0viCb2R 首先将电容、电源短路得首先将电容、电源短路得到交流通路：到交流通路：小信号模型：小信号模型：rdsgsdgmvgsvgs+-+-v0idvi+-RRgRd5.2.4 NMOS共源极放大电路的小信号模型共源极放大电路的小信号模型5.2 MOSFET放大电路放大电路2.场效应管放大电路的微变等效电

11、路场效应管放大电路的微变等效电路(1)电压放大倍数电压放大倍数01mgsdvigsmgsmdmg v RvAvvg v Rg Rg R(2)输入电阻输入电阻 Ri=Rg1/Rg2(3)输出电阻输出电阻R0=Rd1520-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-gdsBVDDRdRg1Rg2idviCb2Cb2v0Cb2v0R 首先将电容、电源短路得首先将电容、电源短路得到交流通路：到交流通路：小信号模型：小信号模型：v0+rdsgsdgmvgsvgs+-idvi+-RRgdgvgs+idgmvgsvi+-srdsRv0Rg(1)电压放大倍数电压放大倍数0(/)(/)m gsdsvigsm g

12、sdsg vrRvAvvg vrR取取rds为无穷时：为无穷时：(/)1(/)mdsmdsgrRgrR1mmg Rg R(2)输入电阻输入电阻Ri=Rg1/Rg2(3)输出电阻输出电阻R0=R/rds/gm1推推 导导5.2.5 NMOS共漏极放大电路的小信号模型共漏极放大电路的小信号模型5.2 MOSFET放大电路放大电路1620-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-dgvgs+idgmvgsvi+-srdsRv0Rg输出电阻输出电阻R0的计算：的计算：RsvTiTR0=vTiTiRirvgs=-vTiT=iR+ir-gmvgsTTTmTdsvvig vRr11/11TdsTmmdsv

13、RriggRr5.2.5 NMOS共漏极放大电路的小信号模型共漏极放大电路的小信号模型5.2 MOSFET放大电路放大电路1720-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-例例.Rg1=60K，Rg2=40K，Rd=15K，VDD=5V，VT=1V，n=0.2mA/V2，RL=15K计算计算IDQ、VDSQ；Av、Ri、R0。+-vi解解.21240526040gGSQDDggRVVVRR若管子工作在饱和区，则若管子工作在饱和区，则2()DQnGSTIKVV=0.2(2-1)2=0.2mA(50.2 15)2DSQDDDdVVI RV可见可见:2 11DSQGSQTVVVV 说明管子工作在饱

14、和区说明管子工作在饱和区.1820-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-(1)电压放大倍数电压放大倍数gm=2Kn(VGS-VT)=20.2(2-1)=0.4mS150.432vmLAg R (2)输入电阻输入电阻Ri=Rg1/Rg2=60/40=24K(3)输出电阻输出电阻R0=Rd=15K+-vi例例.Rg1=60K，Rg2=40K，Rd=15K，VDD=5V，VT=1V，n=0.2mA/V2，RL=15K计算计算IDQ、VDSQ；Av、Ri、R0。解解.1920-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-本讲小结本讲小结5.2 MOSFET放大电路放大电路1 简单共源极放大电路的直流分析简单共源极放大电路的直流分析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3 NMOS共源极放大电路的图解分析共源极放大电路的图解分析4 NMOS共源极放大电路的小信号模型共源极放大电路的小信号模型5 NMOS共漏极放大电路的小信号模型共漏极放大电路的小信号模型2020-5 场效应管放大电路场效应管放大电路20-作业作业5.2 MOSFET放大电路放大电路2505.2.15.2.221