第7讲+简单MOS管放大器

)2
300 0.04
12( A)
VDS VDD ID RD 5 12 0.2 2.6(V )
gm 2nID 120A/V
ro
1
I D
8.3M
小信号等效电路
G
D
++
io +
vi
vgs gmvgs
ro
RD
RL vo
-
-S
rol
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”。
G
+
vgs
gmvgs
-
S
D +
ro vds
-
ids
vds ro
g m v gs
1 vds ( ro
gm )
DS之间 的小信号 电阻为
1 gm
//
ro
1 gm
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
VB+vi
M1
VD1+vo
M2
VB,VD1是静态电压。
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
VDD
vi
vo
RS
+
+ vgs
gmvgs
vi
+
-
RS vsb
-
gmbvsb
ro vo
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）。
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
注意：
vi vgs vo
vo vsb
Av
1
gm (Rs // ro ) (gm gmb )( RS
// ro )
1
gmb<0.5gm,需要单独测量（在题中给出）。
源极跟随器的输出电阻
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。
第7讲 简单MOS管放大器
以电阻为负载的简单放大器
Vdd 5V
KPn=60µA/V2
VTHN=0.8V
ID
λ=0.01
1mV 1kHz
vi 1V
RD 100k
vDS
vo
2u
W=20u L=2u
500k RL
模拟电子技术中的思想可用
n
KPn
W L
600(A /V 2 )
ID
n
2
(VGS
VTHN
计算放大倍数和输出电阻
Av
gmvgs (ro // RD vgs
// RL )
gm (ro // RD // RL )
9.9
rol ro // RD 100 k
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
如果A点电压高于B点电压
且VAB大于阈值电压，图 A
gmb2 )ro1
ro1 ro2
io
rout
vo io
ro2
1 (gm2 gmb2 )ro2
ro1
共源共栅电路的特点
gm1vi
rout 很大
RD
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。
• 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
VDD
RD
D G VB
S+
VS+vi
-
VD+vo
G + vgs gmvgs
-S
+ vi vsb
-
D
io
gmbvsb
ro
+
vo
-
VS，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
S + vi
D2
+
vgs2
gm2vgs2
gmb2vsb2
-
S2
io
+
+ G1
D1
vi
vgs1 gm1vgs1
-
-
S1
+ ro1 vds1
-
io +
ro2 RD vo -
电压放大倍数
认为ro1无穷大 时，回路电流
就是M1的漏极 电流。
vo io RD gm1RDvi
io gm1vi
Av gm1RD
共源共栅电路的输出电阻
G1 D1
+
gm1 vds2
ro1 vds2
S1
-
D2
G2
+
gm2 vgs2
vi
vgs2
- S2
+ ro2 vds2
-
电压放大倍数
Av
gm2 (ro2
//
1 g m1
// ro1)
gm2 g m1
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”,
gmvi
D
ri
vi ii
RD ro
1 (gm gmb )ro
gmbvi
RD ro
rol RD // ro
共源共栅电路
VDD
VB2 VB1+vi
ID M2
M1
RD VD2+vo VDS,sat2
VDS,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
G2
注意vds1与 vgs2和vsb2 的关系。
G2 + vgs2 -
vgs1=0
D2
gm2vgs2 S2
gmb2vsb2
io
D1
+
ro1 vds1
-
io +
ro2
vo RD rout
-
输出电阻的计算
vds1 ioro1
io
gm v2 ds1
Fra Baidu bibliotek
g mb2 vds1
vo
vds1 ro 2
vo ro2
1 (gm2
-G
gmvi
gmbvi ro
D +
RD vo
-
如果ro远大于RD
vo
(gm
gmb )vi
vi
vo ro
RD
Av
(gm
gmb )RD 1 RD
RD ro
ro
Av (gm gmb )RD
共栅极放大器的输入输出阻抗
ii
S
+
vi
-
G
ri
vi ii RD ro ii (gm gmb )vi
A
（A)和（B）都可以导通，
如果B点电压高于A点则不 G
导通，这个特性与二极管
B
B
相似，因此称为MOS二极
(A)
(B)
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
-gmvo
gmb vo
io ro
rol
+ RS vo
-
rol
gm
1 gmb
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。