第7讲+简单MOS管放大器

第7讲简单MOS管放大器以电阻为负载的简单放大器RD1VVddvDS1mV1kHzviID2uRL5VKPn=60µA/V2VTHN=0.8V500kW=20uL=2uvo100kλ=0.01模拟电子技术中的思想可用2()3000.0412()2nDGSTHNIVVA)(6.22.0125VRIVVDDDDDSVAIgDnm/1202MIrDo3.81)/(6002VALWKPnn小信号等效电路vivgsgmvgsroRDRL+-+-GD+-voiorolS小信号等效电路只考虑输入“信号”（随时间变化的电压或电流）与输出信号的关系，任何电压固定不变的点都相当于“接地”。计算放大倍数和输出电阻gsLDogsmvvRRrvgA)////()////(LDomRRrgkRrrDool100//9.9这种放大器也称为共源极放大器,类似双极的共射极放大器,特点是有较高的电压放大倍数.MOS二极管GABAB(A)(B)如果A点电压高于B点电压且VAB大于阈值电压，图（A)和（B）都可以导通，如果B点电压高于A点则不导通，这个特性与二极管相似，因此称为MOS二极管。MOS二极管导通时处于什么工作区？由于导通时VGD=0，所以只能在饱和区。在模拟电路中，MOS二极管常用来代替电阻。等效直流电阻的大小可通过调整W或L改变。MOS二极管的小信号等效电路rogmvgsvgs+-+-GSDvds)1(modsgsmodsdsgrvvgrvimomgrg1//1DS之间的小信号电阻为如果需要有较大的小信号电阻,需要用较”弱”的管子,即W/L要小.MOS二极管为负载的放大器M1M2VB+viVD1+voro1gm1vds2+-G1S1D1vds2ro2gm2vgs2vgs2+-+-S2vds2viG2D2VB,VD1是静态电压。电压放大倍数)//1//(1122omomvrgrgA12mmgg当沟道长度调制系数λ很小时（0.01数量级），MOS管的输出电阻ro在计算时可以忽略。要获得较大的放大倍数,”驱动管要强,负载管要弱”,即图中M2的宽长比大于M1的宽长比.共源极放大器的放大倍数与输出电阻的矛盾提高放大倍数需要增加负载管的等效电阻,必然导致输出阻抗增加,驱动阻性负载能力下降.MOS管共源极放大器一般只能带容性负载.源极跟随器RSvivoVDD+-vgsvi+-RSgmvgsgmbvsbvsbvoro+-由于VSB不为0，要使用考虑体效应的模型。源极跟随器电压放大倍数sbovvogsivvv1)//)((1)//(oSmbmosmvrRggrRgA注意：gmb0.5gm,需要单独测量（在题中给出）。源极跟随器的输出电阻RSvo-gmgmbrovo+-vorolio计算方法：想象输入信号不变，即vi短路，从输出端加电压vo,根据产生的电流计算等效的电阻。mbmolggr1源极跟随器与双极晶体管的“射随器”作用相似，具有较小的输出电阻，表明有较强的驱动能力。输出电阻的概念与计算技巧•如果将一个放大器看成是信号源，则输出电阻就是该信号源的内阻。•如果放大器要作为电压源使用，希望输出电阻小。如果要作为电流源使用，则希望输出电阻大。•在输出端加电压的计算方法是一种运算技巧，只能用于抽象的电路，不能用于实际电路。共栅极电路VBGSVS+vi+-RDVD+voVDDDvi+-rovgs+-gmvgsgmbvsbvsbvo+-SDGioVS，VB是固定的偏置电压,VD1是静态值。共栅放大器电压放大倍数DgmvigmbviroRDvovi+-+-GSDmbmvRggA)(DooiimbmoRrvvvggv)(oDoDDmbmvrRrRRggA1)(如果ro远大于RD共栅极放大器的输入输出阻抗DgmvigmbviroRDvi+-GSriiiimbmioDiivggirRiv)(ombmoDiiirggrRivr)(1oDolrRr//共源共栅电路VB2VB1+viM1M2VD2+voRDIDVDDVDS,sat2VDS,sat1偏置电压设计原则：使M1，M2工作在饱和区。小信号等效电路？小信号等效电路vi+-vgs2vgs1+-+-gm1vgs1ro1gm2vgs2gmb2vsb2ro2RDS2G2D2G1S1+-voD1ioiovds1+-电压放大倍数imovgi1iDmDoovRgRiv1DmvRgA1认为ro1无穷大时，回路电流就是M1的漏极电流。共源共栅电路的输出电阻vgs2+-ro1gm2vgs2gmb2vsb2ro2RDS2G2D2+-voD1ioiovgs1=0routvds1+-注意vds1与vgs2和vsb2的关系。输出电阻的计算11oodsriv211212odsodsmbdsmorvvvgvgioooombmooirrrggrv211222)(112222)(1oombmooooutrrggrivr共源共栅电路的特点gm1viroutRD很大输入输出阻抗都很高，理想的电压控制电流源。作业练习以上电路的放大倍数、输入输出阻抗推导，总结共源、共栅和源极输出电路的特点。比较MOS管基本放大器和双极晶体管放大器分析方法的一致性和不同点。仿真实验（1）使用st02工艺nmos管，保持VGS=1V，VDS=5V，L=2u，调整W（精确到0.1um)使ID接近10uA.（做以W为参数的输入转移特性）。（2）在（1）的基础上，测量工作点（VGS=1V,ID=10uA）附近的体效应跨导gmb。（3）根据（1）确定的W，分别在VGS=0-1V和VGS=2-3V和0-5V的范围用扫描分析观察温度对ID的影响。