FET ????

1
Chapter 9

• FET ????

2
??????

• 9.1 ????
• FET???
• 9.2 FET???
• CS ???
• CG???
• CD???
• IC???
• 9.3 ?????
• ?????
• CS ???
• CG???
• CD???

3
??????

• 9.4 FET????
• BJT VS. FET
• NMOS????
• CMOS????
• 9.5 ??

4
9.1 ????

• FET????????????

?n-channel MOSFET?? ??VGS ? Vt,channel??????,ID
0,????????(open)???? ??VGS gt Vt,channel??????,ID
? 0,????????(close)????
G
5
9.1 ????

• ????A
• ????????,??????,??????? Vx 0V,??????? Vx
  5V??????????????,?? RD????LED??????(??LED???)?

• ?Vx 0V,FET??cutoff mode,ID 0,LED???,???????
• ?Vx 5V,FET???triode mode,ID ? 0,LED???

6
9.1 ????

• FET?BJT???????

BJT

1. BJT??cutoff mode ?saturation mode
   ????open?close????,?FET??cutoff mode ?triode
   mode ???
2. FET????BJT?????(RB),??????
3. ??BJT???saturation mode ?,VBE 0.7V,VCE(sat)
   0.2V,????????????????FET????????????,???????

FET
7
9.1 ????

• ????B
• ?????????,??????????(power supply)????????????????
  ???,????????????????,????????????????

??Q1?????pnp????,?Q2 ?????p-channel
MOSFET? ???????pnp?????p-channel
MOSFET,???????????npn?????n-channel MOSFET?
8
9.1 ????

• ??????????

• ????Io??,???Q1?? cutoff mode
• ?IC1 0,??
• ??VSG2 VDD gtgt Vt ,??Q2???triode mode,??
• ???????????????????

9
9.1 ????

• ??????????
• ??????????????Rsense??????Io,?Io?????Q1,???IC1??Q2
  ????????????,????????

• Io???(??????????) ,??(??IB1)
• ??Q1??,??VG2 IC1RC ?????VSG2???????????????VSG2
  lt Vt,?Q2?? cutoff mode ??????Io
  0,????????????

10
9.2 FET????

• ????????????????????????FET????????,?triode mode
  ?saturation mode,???????(VGS)????(ID),????????????
  ?????? (?n-channel MOSFET??)

11
9.2 FET????

• ?FET???triode mode?,?V-I???
• ?????,ID??VGS?????VDS??,???VDS??ID????????ID??????
  ,???????????????? ?

12
9.2 FET????

• ?FET???saturation mode?,?V-I???
• ?????ID??VGS??,????????????????,????ID?VGS,eff????
  ?????????

13
9.2 FET????

• ??????????,? ID ?? VGS ????
• ?????????,ID????VGS????????,?????gm?????(k)?????(I
  D)????,??saturation mode ?????????????

14
9.2 FET????

• CS???
• Step 1 G???

?R1?R2??VG,??IG 0,? ??????R1?R2???????G???
? ????BJT???IB???,????M? ????????????????,?FET??B
JT???
15
9.2 FET????

• CS???
• Step 2??RS

1. RS???????ID??RS ??,? ID?????????,S???VS?????VGS
   ????(??VG????),????ID??, ??????RS??ID??????,?????
   ???
2. ??????ID??VG????,RS????ID?

16
9.2 FET????

• CS???
• Step 3??RD

• RD????????????VD
• ??????????,?????????
• ??D???(VD) ???ID????,RD????VD,??VD?RD??????

17
9.2 FET????

• CS???
• Step 4??????
• ID????mA?????,????????????????,?????????????
• ???????,?????VD???????,?????????VDD(???????????),?
  ???VG ?Vt(?VDS VGS ? Vt ?VD VG ?
  Vt?,FET??triode??,??????)???VD???????????????,?

18
9.2 FET????

• CS???
• Step 5????

????(CG)??VG?????????? ????(CD)??VD??????? ???
?(CS)??RS???????,???S???CS???RS????
??S???(CS)???,??????S????????,?????????(Common
Source amplifier, CS ???)
19
9.2 FET????

• ??1.

???CS???????VDD 12V,??? FET? enhancement-type
n-channel MOSFET,?Vt 2V,k 1mA/V2,?????????ID
1mA,VS VDD/3 4V,VD (VDD VG ? Vt)/2
20
9.2 FET????

• CG???

1. ????S?????G???(VG)????,????????VGS ????
2. CG?????????VG???CS ????????,????????CS??????
3. ??CG???,??????G????????,?????????(Common Gate
   amplifier, CG ???)?

CG
21
9.2 FET????

• CG???????????CS?????,??CS?????????????CG???,??????
  ????????S????????G??,??CG????????(Rin)??CS?????
  ??S??????????,ID????D?????,??CG???????????????,?
  CS????????CG???????????

22
9.2 FET????

• CD???

1. ?CS??????G?????,?????????S????D?,?????S?,RD???????
   ??D???VDD?
2. CS????????RL??S??? ?
3. ??D??? VDD,????????????,?????????(Common Drain
   amplifier, CD???)?

23
9.2 FET????

• CD???
• ??????1,?????????????????CD?????????????????,?????
  ?CS/CG?????,??ID??????????

24
9.2 FET????

• ??2.

??????VDD 24V,n-channel MOSFET?Vt 2V,k
100mA/V2(???FET)???????????ID 100mA,VS VDD /
2 12V?
25
9.2 FET????

• ??CS?CG?CD??FET???????BJT?CE?CB?CC???,????????????
  ,?????????????CE?????????????,??CB?CC?????????,?CS
  ?CG?CD????????????,???????

26
9.2 FET????

• IC???

1. ???????(Integrated Circuit, IC)???,???????????????
   ?,?????????????????????
2. ?????????CS?????????,??????????????RD?????????????
   ?,??????S??????RS?CS???????????????(?????RD),?????
   ??????

27
9.3 ?????

• ?????
• ???????,
• ??

28
9.3 ?????

• ?saturation mode ?,????ID ?VDS ??,????ID??VDS??,??
  ???????????????BJT?Early effect
  ??(?7.3?),??channel modulation effect??ID?saturat
  ion mode???????
• ??VA??????,???????????????VA??,??????channel
  modulation effect???????? ? 1/VA ???????

29
9.3 ?????

• ?channel modulation effect????
• ??
• ??vds?id ?????????,???? ro

30
9.3 ?????

• FET???????

1. ??????(open)??,?????id ?vgs???,?ro???channel
   modulation effect????
2. ?????????,FET?gm??BJT?,??BJT??FET??,?FET??????????
   ?????BJT????
3. ro????,?????????????

31
9.3 ?????

• CS??????????

1. ????CS???????????(????????),????????????
2. ????CS???????,??Rin?????????,Avo?????(????????????
   ??),Ro??????

32
9.3 ?????

• CS??????????
• ????Rin
• ????Avo
• ????Ro

33
9.3 ?????

• CS??????????
• ?Rin??,??CS????R1?R2????(M? ?),
  ????Rin???CE???(K? ?),??CS???????
• ?????,?????????FET?gm?BJT?,??CS????Avo
  ??CE???,??CS??????
• ?Ro??,CS?CE????????

34
9.3 ?????

• ??3.

???CS???,??VDD 18V,?????Ra10K?,??RL20K?
,FET?Vt 2V,k 1mA/V2,VA100K?? (1)?????????
ID1mA,VS4V,VD11V (2)???(AV)
35
9.3 ?????

• CG??????????

• ????CG???????????(????????),???????????,???ro?
• ????CG???????,??Rin?????????,Avo?????(????????????
  ??),Ro??????

36
9.3 ?????

• CG??????????
• ????Rin
• ????Avo
• ????Ro

Rin?RS?1/gm???,?1/gm????S????????
37
9.3 ?????

• CG??????????
• CG????CS?????????Rin????,?????????????CG?????????C
  S????,???????????
• CG?????????,?????CS????????cascode???,????????????
  ???

38
9.3 ?????

• ??4.

???CG???,?????????3????(R111M?,R211M?, RS4K?,
RD7K?,ID1mA) ,???????????(Ra4K?,RL20K?),?AV ?
39
9.3 ?????

• CD??????????

• ????CD???????????(????????),???????????,???ro?
• ????CD???????,??Rin?????????,Avo?????(????????????
  ??),Ro??????

40
9.3 ?????

• CD??????????
• ????Rin
• ????Avo
• ????Ro
• ??1/gm????,??CD??????????

41
9.3 ?????

• ??5.

???CD???,??VDD24V,R1R210M?,RS90?,RL100?,
FET?k 100mA/V2 ,Vt 2V(???FET)????Vi(5V)sin?
t,?????Ra1K?,?????????????
42
9.3 ?????

• ????????,???????????????????

??Ra??????,RL??????Ra????????????????va ??vin ?
43
9.3 ?????

• ???????????????
• Vin
• ??? VO
• ???? Av

44
9.4 FET????

• ???????(Analog Switch, AS)

1. ?????Vcontrol VL(???)?,??open,?????????????,??
   
2. ?Vcontrol VH(???)?,??close,AS???????(????)??????
   ???????

45
9.4 FET????

• BJT vs. FET
• BJT??VBE????IC,???????????

1. ?Vcontrol 0V?,BJT?cutoff mode,IE 0,Vo
   0,???AS? open ???????
2. ?Vcontrol VH (?VH 5V),BJT??????,???Vi
   ???,?????active mode ?saturation
   mode??????????mode,?VBE ??????,?

46
9.4 FET????

• BJT vs. FET
• ??AS?close????,??Vo ? Vi????BJT???????,Vo???Vcontr
  ol??,??BJT????????

47
9.4 FET????

• BJT vs. FET
• ?n-channel MOSFET??,?G??????,????D???,?????S?

1. ?Vcontrol VL?,FET??cutoff mode,ID 0,Vo
   0,????AS? open ???????
2. ?Vcontrol VH,?VH gt Vt (????),FET???????????FET??
   ?????????triode ?saturation mode?

48
9.4 FET????

• ?FET???saturation mode?,?V-I???
• ?ID??????(Vi VD)?????
• ?Vo?Vi??,????AS?

ID k(VGS ? Vt )2
49
9.4 FET????

• FET???triode mode,?V-I???
• ID?VDS?????,FET?????????(RON)
• ?(VG ? Vt)gtgt VD,RON??????,?

50
9.4 FET????

• FET???triode mode

?(VG ? Vt)gtgt VD????,RON??????????????,
??RL gtgt RON????????,??FET????AS???????(VG ? Vt)gtgt
VD????,triode mode???AS??????
51
9.4 FET????

• NMOS ????

1. ?VG VL,FET??cutoff mode,?????????,??VGS gt
   Vt,?FET???,??Vo ?Vi ???????????Vi ????(Vmin)
2. ?VG VH,FET??triode mode,????Vi
   ????(Vmax)????FET??cutoff mode,?

52
9.4 FET????

• ??6.

???????????? ?5V??,???n-channel MOSFET?Vt
2V???????????VH?VL??????
53
9.4 FET????

• CMOS ????

1. ??n-channel ?p-channel MOSFET?????,?????RON???????
   ????AS?
2. ????Vn?Vp????n-channel ?p-channel
   MOSFET,???????????,?(Vn VH,Vp VL)?(Vn VL,Vp
   VH)?
3. ???????????? ?5V??,????n-channel MOSFET?Vt
   2V?p-channel MOSFET?Vt ?2V?

54
9.4 FET????

• CMOS ????
• ?Vn VL ?5V?Vp VH 5V,??Vi
  ???(?5V?5V)??FET???????,????? open ???
• ?Vn 5V?Vp ?5V?,(1) Vi?(?5V,?3V)??,??n-channe
  l FET??(2) Vi?(?3V,3V)??,??FET???
  (3) Vi?(3V,5V)??,??p-channel FET???

55
9.4 FET????

• CMOS ????
• ??FET?RON???????????????
• ?????FET??????,????RON??????FET????????,???????RO
  N??,?????????),?????????RON?????????
• ??Vi?(?5V,5V)???RON????,?????????