模电第3章-场效应晶体管及其放大电路课件.ppt

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1、第三章：场效应晶体管及其放第三章：场效应晶体管及其放第三章：场效应晶体管及其放第三章：场效应晶体管及其放大电路大电路大电路大电路 邓邓 钢钢GG内容提要内容提要内内内内容容容容提提提提要要要要场效应晶体管利用输入电压在管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内形成的电场影响导电沟道的形状，进而控制输出电流状，进而控制输出电流场效应管的特点：场效应管的特点：输入阻抗高输入阻抗高抗辐射能力强抗辐射能力强热稳定性好热稳定性好重点介绍场效应管的结构、工作重点介绍场效应管的结构、工作原理及其应用电路原理及其应用电路三极管的工作原理三极管的工作原理ReviewReviewN N N N沟

2、道增强型场效应管的结构沟道增强型场效应管的结构沟道增强型场效应管的结构沟道增强型场效应管的结构第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管衬底上的箭衬底上的箭头代表头代表PNPN结结的正向方向的正向方向MOSMOS管的命管的命名原因名原因沟道的含沟道的含义义N N N N沟道增强型场效应管的基本工作原理沟道增强型场效应管的基本工作原理沟道增强型场效应管的基本工作原理沟道增强型场效应管的基本工作原理(一一一一)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管栅源电压栅源电压 对管工作的影响

3、对管工作的影响设设时时管子截止管子截止时时时时反型层形成，反型层形成，出现导电沟出现导电沟道道 ：开启电压：开启电压N N N N沟道增强型场效应管的基本工作原理沟道增强型场效应管的基本工作原理沟道增强型场效应管的基本工作原理沟道增强型场效应管的基本工作原理(二二二二)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管漏源电压漏源电压 对管工作的影响对管工作的影响设设时时导电沟道变为导电沟道变为楔形楔形时时出现预夹断出现预夹断时时沟道被夹断沟道被夹断N N N N沟道增强型场效应管的基本工作原理沟道增强型场效应管的基本工作原理沟道增强型场效应管

4、的基本工作原理沟道增强型场效应管的基本工作原理(三三三三)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管栅源电压起着建栅源电压起着建立导电沟道和控制立导电沟道和控制沟道形状的作用沟道形状的作用由于沟道电流仅由由于沟道电流仅由多子流构成，故也多子流构成，故也称场效应管为单极称场效应管为单极型晶体管。特点：型晶体管。特点：漏源电压产生输漏源电压产生输出电流并改变沟道出电流并改变沟道形状形状温度稳定性能好温度稳定性能好抗辐射能力强抗辐射能力强增强型的含义增强型的含义N N N N沟道增强型场效应管的输出特性曲线沟道增强型场效应管的输出特性曲线沟道

5、增强型场效应管的输出特性曲线沟道增强型场效应管的输出特性曲线(一一一一)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管由于栅极与源极和由于栅极与源极和漏极之间有绝缘层漏极之间有绝缘层隔开，故栅极输入隔开，故栅极输入电流极小电流极小 ，输，输入电阻极高，可以入电阻极高，可以达到达到 以上以上因此，常用的特性因此，常用的特性曲线为曲线为输出特性曲输出特性曲线线和和转移特性曲线转移特性曲线N N N N沟道增强型场效应管的输出特性曲线沟道增强型场效应管的输出特性曲线沟道增强型场效应管的输出特性曲线沟道增强型场效应管的输出特性曲线(二二二二)第第第

6、第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管可可变变电电阻阻区区饱饱和和区区击击穿穿区区截止区截止区截止区：截止区：可变电阻区：可变电阻区：饱和饱和(恒流恒流)区：区：厄尔利电压厄尔利电压沟道长度调制效应沟道长度调制效应击穿区：击穿区：放放大大区区预夹断点预夹断点无沟道无沟道沟道未夹断沟道未夹断沟道已夹断沟道已夹断N N N N沟道增强型场效应管的转移特性曲线沟道增强型场效应管的转移特性曲线沟道增强型场效应管的转移特性曲线沟道增强型场效应管的转移特性曲线(一一一一)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效

7、效效应应应应管管管管转移特性曲线表示漏转移特性曲线表示漏源电压一定时，漏极源电压一定时，漏极电流与栅源电压之间电流与栅源电压之间的关系曲线的关系曲线可由输出曲线求得可由输出曲线求得转移跨导：转移跨导：N N N N沟道增强型场效应管的转移特性曲线沟道增强型场效应管的转移特性曲线沟道增强型场效应管的转移特性曲线沟道增强型场效应管的转移特性曲线(二二二二)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管在相同工作点电流在相同工作点电流情况下，情况下，MOSMOS管跨导管跨导的数值通常会比双的数值通常会比双极型管的小，可能极型管的小，可能小小121

8、2个数量级个数量级跨导也可以由转移跨导也可以由转移特性曲线图解确定特性曲线图解确定MOSMOSMOSMOS场效应管的击穿场效应管的击穿场效应管的击穿场效应管的击穿第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管饱和区内，过大的饱和区内，过大的漏源电压所产生的漏源电压所产生的击穿与输出特性曲击穿与输出特性曲线上的击穿区对应线上的击穿区对应漏源电压过大时，漏源电压过大时，会导致漏区与衬底会导致漏区与衬底间的间的PNPN结出现反向结出现反向击穿击穿饱和区内可能会出饱和区内可能会出现贯通击穿现贯通击穿当栅源电压过大时，当栅源电压过大时，可能会导致绝缘

9、层可能会导致绝缘层被击穿被击穿MOSMOSMOSMOS场效应管衬底调制效应场效应管衬底调制效应场效应管衬底调制效应场效应管衬底调制效应(一一一一)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管在在MOSMOS管工作时，管工作时，漏区、源区、导电漏区、源区、导电沟道与衬底之间的沟道与衬底之间的PNPN结不应出现正向结不应出现正向导通情况，否则管导通情况，否则管不能正常工作不能正常工作这就要求这就要求N N沟道型沟道型管的衬源极间电压管的衬源极间电压应满足应满足 ，P P沟道型管应沟道型管应MOSMOSMOSMOS场效应管衬底调制效应场效应管衬

10、底调制效应场效应管衬底调制效应场效应管衬底调制效应(二二二二)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管分立元件中，衬底分立元件中，衬底B B一般与源极一般与源极S S相连。相连。在集成电路中，由在集成电路中，由于所有元件为同一于所有元件为同一衬底，为保证所有衬底，为保证所有元件的沟道与衬底元件的沟道与衬底间的隔离，导电沟间的隔离，导电沟道与衬底之间所形道与衬底之间所形成的成的PNPN结必须反偏，结必须反偏，也即也即N N沟道沟道MOSMOS管的管的 。所以，开启电压。所以，开启电压和转移特性曲线右和转移特性曲线右移移背栅跨导背栅跨导P

11、 P P P沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管(一一一一)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管P P沟道管的结构和原理与沟道管的结构和原理与N N沟道管类沟道管类似似但应注意沟道极性的区别及由此带但应注意沟道极性的区别及由此带来的电流、电压方向的变化来的电流、电压方向的变化P P P P沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管(二二二二)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效

12、效效效应应应应管管管管应注意特性曲应注意特性曲线图中电流、线图中电流、电压的方向电压的方向耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管(一一一一)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管耗尽型耗尽型MOSMOS管在栅源零偏时即已管在栅源零偏时即已存在导电沟道存在导电沟道注意其符号与增强型的区别注意其符号与增强型的区别耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管(二二二二)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管

13、管管管：截止电压：截止电压或阈值电压或阈值电压也会产生预夹断也会产生预夹断和漏极电流饱和和漏极电流饱和的情况的情况 时已有导电时已有导电沟道，故沟道，故 时即时即有漏极电流产生有漏极电流产生耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管(三三三三)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管可可变变电电阻阻区区饱饱和和区区击击穿穿区区截止区截止区截止区：截止区：可变电阻区：可变电阻区：饱和饱和(恒流恒流)区：区：击穿区击穿区耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管(

14、四四四四)第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管P P沟道型管的特性可与之类比沟道型管的特性可与之类比MOSMOSMOSMOS管类型总结管类型总结管类型总结管类型总结第第第第一一一一节节节节：M M M MO O O OS S S S场场场场效效效效应应应应管管管管MOSMOS管管N N沟道沟道MOSMOS管管P P沟道沟道MOSMOS管管N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管管N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管P P沟道增强型沟道增强型MOSMOS管管P P沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管MOSMOS管的结构管的结构

15、注意注意N N沟道与沟道与P P沟沟道的区别道的区别注意增强注意增强型与耗尽型型与耗尽型的区别的区别结型场效应管的结构结型场效应管的结构结型场效应管的结构结型场效应管的结构第第第第二二二二节节节节：结结结结型型型型场场场场效效效效应应应应管管管管结型场效应管结型场效应管(JFET(JFET：Junction Field Junction Field Effect Transistor)Effect Transistor)根据沟道类型不同亦可分类根据沟道类型不同亦可分类结型场效应管的基本工作原理结型场效应管的基本工作原理结型场效应管的基本工作原理结型场效应管的基本工作原理(一一一一)结型场效应管

16、存在着结型场效应管存在着内建初始导电沟道，内建初始导电沟道，这一点与耗尽型管类这一点与耗尽型管类似似结型场效应管应用时结型场效应管应用时的输入电阻很大，可的输入电阻很大，可达达 以上以上结型场效应管也是通结型场效应管也是通过控制导电沟道的形过控制导电沟道的形态改变输出电流态改变输出电流结型场效应管输入信结型场效应管输入信号及输出电流、电压号及输出电流、电压的选择与的选择与MOSMOS管类似管类似第第第第二二二二节节节节：结结结结型型型型场场场场效效效效应应应应管管管管结型场效应管的基本工作原理结型场效应管的基本工作原理结型场效应管的基本工作原理结型场效应管的基本工作原理(二二二二)栅源电压栅源

17、电压 对管工作的影响对管工作的影响时时耗尽层增厚，导耗尽层增厚，导电沟道变薄，沟电沟道变薄，沟道电阻增大道电阻增大设设时时沟道全夹断，漏沟道全夹断，漏极电流为零极电流为零 ：夹断电压：夹断电压第第第第二二二二节节节节：结结结结型型型型场场场场效效效效应应应应管管管管结型场效应管的基本工作原理结型场效应管的基本工作原理结型场效应管的基本工作原理结型场效应管的基本工作原理(三三三三)漏源电压漏源电压 对管工作的影响对管工作的影响时时导电沟道变为楔导电沟道变为楔型型时时 继续增大时继续增大时沟道预夹断，此沟道预夹断，此时的漏极电流为时的漏极电流为饱和电流饱和电流设设此时对应于输出此时对应于输出特性曲

18、线饱和区特性曲线饱和区第第第第二二二二节节节节：结结结结型型型型场场场场效效效效应应应应管管管管结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线恒恒流流区区击击穿穿区区可可变变电电阻阻区区夹断电压夹断电压饱和漏极电流饱和漏极电流第第第第二二二二节节节节：结结结结型型型型场场场场效效效效应应应应管管管管大功率管的作用大功率管的作用大功率管的作用大功率管的作用第第第第三三三三节节节节：V V V VD D D DM M M MO O O OS S S S和和和和I I I IG G G GB B B BT T T T管管管管大功率管：最大允许工作电流大功率管

19、：最大允许工作电流 、击、击穿电压穿电压 、最大耗散功率、最大耗散功率 的数的数值均较大值均较大横向结构场效应管的漏源击穿电压和横向结构场效应管的漏源击穿电压和最大耗散功率、最大容许工作电流不最大耗散功率、最大容许工作电流不能同时增大能同时增大VDMOSVDMOSVDMOSVDMOS型场效应管型场效应管型场效应管型场效应管第第第第三三三三节节节节：V V V VD D D DM M M MO O O OS S S S和和和和I I I IG G G GB B B BT T T T管管管管VDMOSVDMOS的结的结构说明构说明VDMOSVDMOS中沟中沟道的产生道的产生VDMOSVDMOS中的

20、中的三极三极管及管及器件器件符号符号IGBTIGBTIGBTIGBT型管型管型管型管第第第第三三三三节节节节：V V V VD D D DM M M MO O O OS S S S和和和和I I I IG G G GB B B BT T T T管管管管请自行参阅课本请自行参阅课本MOSMOSMOSMOS场效应管的瞬态模型场效应管的瞬态模型场效应管的瞬态模型场效应管的瞬态模型第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路MOSMOSMOSMOS场效应管的微变信号模型场效应管的微变信号模型场效应管的微变信号模型场效应管的微变信号模型第第第第四四四四节节节

21、节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路结型场效应管的微变信号模型结型场效应管的微变信号模型结型场效应管的微变信号模型结型场效应管的微变信号模型第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路场效应管放大电路的要点场效应管放大电路的要点场效应管放大电路的要点场效应管放大电路的要点第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路分析方法与三极管放大电路相同，分析方法与三极管放大电路相同，仍然是先静态后动态，既可以使用图仍然是先静态后动态，既可以使用图解法又可以使用等效电路法解法又可以使

22、用等效电路法注意偏置电路的设置（对于不同的注意偏置电路的设置（对于不同的场效应管来说有不同的设置需求）场效应管来说有不同的设置需求）由于栅极电流为零，因此在等效模由于栅极电流为零，因此在等效模型中的栅极为悬空。受控电流源所反型中的栅极为悬空。受控电流源所反映的为栅源电压对漏极电流的控制作映的为栅源电压对漏极电流的控制作用用跨导一般较小，从而使得场效应管跨导一般较小，从而使得场效应管放大电路的具体参数与三极管放大电放大电路的具体参数与三极管放大电路相比有一些不同之处路相比有一些不同之处偏置变量的相关回顾偏置变量的相关回顾偏置变量的相关回顾偏置变量的相关回顾第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效

23、效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路所谓偏置，就是给器件加一定的电压所谓偏置，就是给器件加一定的电压(或电流或电流)，使其工作点偏离原点，以便器，使其工作点偏离原点，以便器件能够在电路中按照人们的要求工作。对件能够在电路中按照人们的要求工作。对于放大运用来说，器件应工作于放大于放大运用来说，器件应工作于放大(恒恒流，饱和流，饱和)区区当大信号工作时，静态工作点的位置及当大信号工作时，静态工作点的位置及动态运用的范围影响非线性失真动态运用的范围影响非线性失真当小信号运用时，只要是在放大区，静当小信号运用时，只要是在放大区，静态工作点的位置并不影响非线性失真，但态工作点的位置并不影响

24、非线性失真，但将影响放大量将影响放大量(动态范围动态范围)和功率消耗和功率消耗偏置电路应兼顾静态工作点的稳定、功偏置电路应兼顾静态工作点的稳定、功率消耗。大信号运用时，静态工作点的不率消耗。大信号运用时，静态工作点的不稳定还影响动态运用范围和功率损耗，后稳定还影响动态运用范围和功率损耗，后者将牵涉到器件的安全运用者将牵涉到器件的安全运用分压式偏置分压式偏置分压式偏置分压式偏置第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路管状态的分析过程管状态的分析过程与三极管类似，即与三极管类似，即先假定管处于饱和先假定管处于饱和状态并展开分析看状态并展开分析看结果

25、是否一致结果是否一致对于不同类型的管对于不同类型的管子来说，应注意：子来说，应注意：N N沟道增强型沟道增强型N N沟道耗尽型沟道耗尽型N N沟道结型沟道结型P P沟道型管沟道型管电源电压应为电源电压应为负值负值沟沟道道产产生生后后被被夹夹断断自给偏压式偏置自给偏压式偏置自给偏压式偏置自给偏压式偏置(一一一一)第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路静态时靠源极电阻静态时靠源极电阻上的电压为栅源上的电压为栅源提供一个负的偏压，提供一个负的偏压，故称自给偏压故称自给偏压增强型场效应管增强型场效应管为同极性偏置为同极性偏置结型场效应管为结型场效应管

26、为反极性偏置反极性偏置耗尽型耗尽型MOSMOS场效场效应管两者均可应管两者均可自给偏压适用于结自给偏压适用于结型或耗尽型管型或耗尽型管自给偏压式偏置自给偏压式偏置自给偏压式偏置自给偏压式偏置(二二二二)第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路偏置电阻对交流信号有损耗作用，也偏置电阻对交流信号有损耗作用，也降低了放大电路的输入电阻降低了放大电路的输入电阻在集成电路中，在集成电路中，本级放大电路的本级放大电路的输入端直流偏置输入端直流偏置通常由前级电路通常由前级电路的输出提供的输出提供必要时加入直流必要时加入直流电平移动单元，电平移动单元，称这种偏

27、置方式称这种偏置方式为直接偏置为直接偏置场效应管的三种基本组态放大电路场效应管的三种基本组态放大电路场效应管的三种基本组态放大电路场效应管的三种基本组态放大电路第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路共源与共射对应共源与共射对应共漏与共集对应共漏与共集对应共栅与共基对应共栅与共基对应场效应管基本共源放大电路场效应管基本共源放大电路场效应管基本共源放大电路场效应管基本共源放大电路第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路基本特性及基本特性及应用范围同应用范围同共射电路共射电路场效应管基本共栅放大电路

28、场效应管基本共栅放大电路场效应管基本共栅放大电路场效应管基本共栅放大电路第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路基本特性及基本特性及应用范围同应用范围同共基电路共基电路场效应管基本共漏放大电路场效应管基本共漏放大电路场效应管基本共漏放大电路场效应管基本共漏放大电路第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路基本特性及应用基本特性及应用范围同共集电路范围同共集电路场效应管基本电流源场效应管基本电流源场效应管基本电流源场效应管基本电流源第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大

29、大大大电电电电路路路路T T2 2管的管的 ，保证其工作在饱和区保证其工作在饱和区设设忽略沟道长度调制效应后忽略沟道长度调制效应后()()，若，若两管参数对称则为镜像电流源，否则两管参数对称则为镜像电流源，否则为比例电流源为比例电流源场效应管串联电流源场效应管串联电流源场效应管串联电流源场效应管串联电流源第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路T T3 3、T T4 4特性相同，特性相同，T T1 1、T T2 2特性相同特性相同输出电流几乎不受电输出电流几乎不受电流源输出端电压的影流源输出端电压的影响，从而使输出电阻响，从而使输出电阻大为提高

30、，保证了良大为提高，保证了良好的恒流特性好的恒流特性场效应管威尔逊电流源场效应管威尔逊电流源场效应管威尔逊电流源场效应管威尔逊电流源第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路三管均工作在饱和区三管均工作在饱和区具有很高的输出电阻具有很高的输出电阻由于串联电流源和威尔由于串联电流源和威尔逊电流源在输出回路中逊电流源在输出回路中串联有两个串联有两个MOSMOS管且要求管且要求两管均工作于饱和区，两管均工作于饱和区，从而在电源电压一定的从而在电源电压一定的情况下，减小了输出端情况下，减小了输出端电压变化的动态范围电压变化的动态范围MOSMOSMOSMO

31、S管有源电阻管有源电阻管有源电阻管有源电阻第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路在工作点处在工作点处DSDS之间的直流电之间的直流电阻为阻为 ，小信号动态电小信号动态电阻可在阻可在Q Q点处点处切线斜率求得切线斜率求得注意伏安特性注意伏安特性曲线的做法曲线的做法也可用也可用P P沟道沟道管构成类似电管构成类似电阻阻NMOSNMOSNMOSNMOS管共源管共源管共源管共源E/EE/EE/EE/E型放大电路型放大电路型放大电路型放大电路第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路放大管与负载管均为增强

32、型放大管与负载管均为增强型MOSMOS管的放管的放大电路称为大电路称为E/EE/E放大电路放大电路NMOSNMOSNMOSNMOS管共源管共源管共源管共源E/DE/DE/DE/D型放大电路型放大电路型放大电路型放大电路第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路以增强型以增强型MOSMOS管管(称为称为E E管管)作为放大管，作为放大管，耗尽型耗尽型MOSMOS管管(称为称为D D管管)作为负载管的作为负载管的放大电路称为放大电路称为E/DE/D放大电路放大电路CMOSCMOSCMOSCMOS共源放大电路共源放大电路共源放大电路共源放大电路第第第第

33、四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路没有衬底调制效应的原因没有衬底调制效应的原因为保证为保证T T2 2管工作于饱和区，其栅极偏压管工作于饱和区，其栅极偏压 应小于应小于 ，且，且 。同理，。同理，为保证为保证T T1 1工作于饱和区，应满足工作于饱和区，应满足T T1 1为放为放大管，大管，T T2 2为负为负载管载管三种单级放大电路的主要性能比较三种单级放大电路的主要性能比较三种单级放大电路的主要性能比较三种单级放大电路的主要性能比较第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路放大管：放大管：负载管

34、：负载管：从输出曲线从输出曲线变化范围比较变化范围比较从线性放大从线性放大区特性的斜率区特性的斜率比较比较场效应管差分放大电路综述场效应管差分放大电路综述场效应管差分放大电路综述场效应管差分放大电路综述第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路场效应管差分放大电路的形式、基场效应管差分放大电路的形式、基本特性及分析方法与本特性及分析方法与BJTBJT差放一样差放一样场效应管差放具有输入电阻大、输场效应管差放具有输入电阻大、输入电流小、输入线性范围大等优点入电流小、输入线性范围大等优点场效应管差放通常也有微变增益低、场效应管差放通常也有微变增益低、

35、偏差失调大的缺点偏差失调大的缺点MOSMOSMOSMOS管基本差分放大电路管基本差分放大电路管基本差分放大电路管基本差分放大电路(一一一一)第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路电路结构说明电路结构说明差模微变增益的求差模微变增益的求解：解：MOSMOSMOSMOS管基本差分放大电路管基本差分放大电路管基本差分放大电路管基本差分放大电路(二二二二)第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路MOSMOS管差放的传输管差放的传输特性与三极管类似特性与三极管类似但其非限幅区范围但其非限幅区范围比三极管

36、差放宽许比三极管差放宽许多多MOSMOSMOSMOS管基本差分放大电路管基本差分放大电路管基本差分放大电路管基本差分放大电路(三三三三)第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路共模交流通路：共模交流通路：MOSMOSMOSMOS管有源负载差分放大电路管有源负载差分放大电路管有源负载差分放大电路管有源负载差分放大电路(一一一一)第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路E/EE/E型放大电路型放大电路负载管的微变负载管的微变电阻为电阻为MOSMOSMOSMOS管有源负载差分放大电路管有源负载差分放大

37、电路管有源负载差分放大电路管有源负载差分放大电路(二二二二)第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路以电流源作为以电流源作为有源负载的有源负载的CMOSCMOS差放差放MOSMOSMOSMOS管有源负载差分放大电路管有源负载差分放大电路管有源负载差分放大电路管有源负载差分放大电路(三三三三)第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路以镜像电流源作以镜像电流源作为有源负载的为有源负载的CMOSCMOS差放差放可类比三极管差可类比三极管差放电路放电路差放中的衬底调制效应差放中的衬底调制效应差放中的衬底

38、调制效应差放中的衬底调制效应第第第第四四四四节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路请自行阅读课本请自行阅读课本模拟开关综述模拟开关综述模拟开关综述模拟开关综述第第第第五五五五节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管模模模模拟拟拟拟开开开开关关关关模拟开关：模拟开关：用于控制信用于控制信号的通断号的通断一个理想的模拟开关，接通时电阻为一个理想的模拟开关，接通时电阻为零，关断时电阻为无穷大。开关的工零，关断时电阻为无穷大。开关的工作速度要快且对其它电路的性能的影作速度要快且对其它电路的性能的影响要小响要小实际的模拟开关可由工作在开关状态的晶实际的模拟开关可由工

39、作在开关状态的晶体管或场效应管组成，外加控制电压使晶体管或场效应管组成，外加控制电压使晶体管交替工作在饱和区和截止区，或使场体管交替工作在饱和区和截止区，或使场效应管交替工作在可变电阻区和截止区；效应管交替工作在可变电阻区和截止区；此外，此外，PINPIN管也可以构成模拟开关管也可以构成模拟开关单管单管单管单管MOSMOSMOSMOS模拟开关模拟开关模拟开关模拟开关(一一一一)第第第第五五五五节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管模模模模拟拟拟拟开开开开关关关关由于由于N N沟道沟道MOSMOS管的导通电阻小，单沟管的导通电阻小，单沟道模拟开关一般使用道模拟开关一般使用NMOSNMOS管管

40、当栅极控制电压为低电平即当栅极控制电压为低电平即 时，时，MOSMOS管截止，开关断开管截止，开关断开当栅极控制电压为高当栅极控制电压为高电平即电平即 时，管时，管子子 ，MOSMOS管导通，由于负管导通，由于负载电阻很大，且管子载电阻很大，且管子工作于可变电阻区工作于可变电阻区，开关闭合，开关闭合单管单管单管单管MOSMOSMOSMOS模拟开关模拟开关模拟开关模拟开关(二二二二)第第第第五五五五节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管模模模模拟拟拟拟开开开开关关关关为使开关能正常工作，为使开关能正常工作，MOSMOS管各极之管各极之间的电压必须满足一定条件间的电压必须满足一定条件漏极与衬底

41、、源极与衬漏极与衬底、源极与衬底之间的底之间的PNPN结要保持反结要保持反偏状态，所以图中偏状态，所以图中MOSMOS管的衬底接地，且不能管的衬底接地，且不能输入负电位信号输入负电位信号栅极所加控制电压的高栅极所加控制电压的高低电平与输入信号低电平与输入信号 的的变化范围要配合得当，变化范围要配合得当，以保证以保证MOSMOS管可靠的通管可靠的通或断或断开关的输入端与输开关的输入端与输出端可以互易使用出端可以互易使用单管单管单管单管MOSMOSMOSMOS模拟开关模拟开关模拟开关模拟开关(三三三三)第第第第五五五五节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管模模模模拟拟拟拟开开开开关关关关单管单

42、管MOSMOS开关的缺点：开关的缺点：在开关的接通状态，在开关的接通状态，接通电阻随输入信号接通电阻随输入信号变化较大变化较大单管单管单管单管MOSMOSMOSMOS模拟开关模拟开关模拟开关模拟开关(四四四四)第第第第五五五五节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管模模模模拟拟拟拟开开开开关关关关单管单管PMOSPMOS模拟开关模拟开关CMOSCMOSCMOSCMOS传输门传输门传输门传输门第第第第五五五五节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管模模模模拟拟拟拟开开开开关关关关CMOSCMOS传输门由传输门由N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管和管和P P沟道增沟道增强型强型MOSMO

43、S管并接构成。两管源极和漏极分别管并接构成。两管源极和漏极分别接在一起，并分别作为信号的输入、输出接在一起，并分别作为信号的输入、输出端。两管栅极施加反相的控制信号，其高端。两管栅极施加反相的控制信号，其高电平为电平为 ，低电平为零，低电平为零当控制信号为高电当控制信号为高电平时平时当控制信号为低电当控制信号为低电平时平时CMOSCMOS传输门也可实传输门也可实现信号的可控传输现信号的可控传输输入输出端可互换输入输出端可互换使用使用CMOSCMOSCMOSCMOS模拟开关模拟开关模拟开关模拟开关第第第第五五五五节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管模模模模拟拟拟拟开开开开关关关关由由CMO

44、SCMOS传输门传输门(T(T1 1、T T2 2)和和CMOSCMOS反相器反相器(T(T3 3、T T4 4)组成。组成。T T1 1、T T2 2两管的栅极施加反相的控两管的栅极施加反相的控制信号，使之开关工作制信号，使之开关工作CMOSCMOS模拟开关扩大了输入信号的幅度范围模拟开关扩大了输入信号的幅度范围,同时又保持了较小的导通电阻及其变化同时又保持了较小的导通电阻及其变化CMOSCMOSCMOSCMOS模拟开关的应用举例模拟开关的应用举例模拟开关的应用举例模拟开关的应用举例第第第第五五五五节节节节：场场场场效效效效应应应应管管管管模模模模拟拟拟拟开开开开关关关关单刀双掷单刀双掷模拟开关模拟开关彩色电视机中彩色电视机中的的AVAV开关电路开关电路