第7讲 简单MOS管放大器.
mos管跨阻放大
mos管跨阻放大一、mos管跨阻放大器概述跨阻放大器（Transimpedance Amplifier, TIA）是一种常用于光检测器的高增益、宽带宽放大器电路。
它主要应用在光纤通信系统、光子学、生物医学成像等领域。
在跨阻放大器中，最常用的器件是金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）。
本文将重点介绍mos管跨阻放大器的基本原理、优缺点及应用场景。
二、mos管跨阻放大器工作原理mos管跨阻放大器的工作原理主要基于电流到电压的转换。
当光信号通过光检测器转换为电流信号时，该电流信号通过跨阻放大器进一步转换成电压信号。
具体来说，mos管跨阻放大器的输出电压与输入电流成正比，其增益（电压/电流）通常很高，可以达到几百kΩ甚至更高。
在mos管跨阻放大器中，主要利用了mosfet的导通电阻（Ron）和输入电容（Cin）的特性。
当输入电流通过mosfet的导通电阻时，会在电阻上产生电压降，这个电压降即为输出电压。
同时，mosfet的输入电容会与导通电阻形成RC 电路，影响放大器的带宽和响应时间。
因此，为了实现高性能的跨阻放大器，需要仔细选择mosfet的导通电阻和输入电容值，并进行优化设计。
三、mos管跨阻放大器优点与不足mos管跨阻放大器的优点主要包括：1.高增益：由于mosfet具有很高的导通电阻，因此mos管跨阻放大器的增益通常很高，能够实现低噪声、高灵敏度的光信号检测。
2.宽带宽：mosfet的输入电容相对较小，因此mos管跨阻放大器的带宽较宽，能够满足高速光信号传输的需求。
3.低噪声：由于采用了低噪声的mosfet器件，mos管跨阻放大器的噪声性能较好，能够提高信噪比（SNR）。
4.小型化：相对于其他类型的跨阻放大器，mos管跨阻放大器的电路结构较为简单，易于实现小型化设计。
然而，mos管跨阻放大器也存在一些不足之处：1.稳定性：mosfet器件对温度和电源电压变化敏感，可能会影响放大器的稳定性。
第讲MOS管放大电路
由于负载开路，交流负载线与直 流负载线相同
5.2.1 MOSFET放大电路
3. 小信号模型分析
（1）模型
IDK n(V G SV T)2
iDK n(V GS Q vg sV T)2K n(V GS Q V T)2
2K n(V GS Q V T)vg s K nvg 2s
0.1 V1
L的单位为m
L
当不考虑沟道调制效应时，＝0，曲线是平坦的。
5.1.5 MOSFET的主要参数
一、直流参数
1. 开启电压VT （增强型参数） 2. 夹断电压VP （耗尽型参数） 3. 饱和漏电流IDSS （耗尽型参数） 4. 直流输入电阻RGS （109Ω～1015Ω ） 二、交流参数
因 为 NMOS 器 件 可 以 做 得 更 小 ， 运 行 更 快 ， 并 且 NMOS比PMOS需要的电源更低，因此NMOS已经取 代了PMOS技术。
CMOS BiCMOS
5.1.4 沟道长度调制效应
实际上饱和区的曲线并不是平坦的
修正后
iD K n (v G S V T )2 (1 v D)S IDO (vV G TS1)2(1vD)S
N沟道增强型MOSFET工作原理
（1）vGS对沟道的控制作用
当vGS≤0时 无导电沟道， d、s间加电压时，也
无电流产生。
当0<vGS <VT 时
产生电场，但未形成导电沟道（感生沟 道），d、s间加电压后，没有电流产生。
当vGS ≥VT 时
在电场作用下产生导电沟道，d、s间加 电压后，将有电流产生。（平板电容器）
rdso是一个受vGS控制的可变电阻
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
mos管的单元放大电路 辅导讲义
2.交流通路和小信号等效电路
图1.13电容负载源极跟随器交流小信号等效电路图
1.3.2单级共漏放大电路的主要关系式和参数
1.输出电压与输入电压之间的关系（说明详细推导过程，画出二者之间的关系曲线并进行分析）；
电路的直流传输特性曲线如图1.14所示。当输入电压很低时，M1管关断，偏置电流为0，输出电平也为0．当M1栅极电压上升，M2进入线性区，偏置电流快速增大。当M1和M2都进人饱和区后，随着M1栅极电平的上升，因为漏极电流基本不变，所以M1源极电平跟着上升，这就是电压跟随效应。由于M2管的输出阻抗有限，所以即使在饱和区，漏极电流ID也将随My管栅极电压的上升而有所增加。而M1管的背栅效应将起到和M2管的沟道长度调制效应相反的作用，在M1管栅极电压上升时，使漏极电流下降。总的来说，由于两种效应的存在，使得源极跟随器的直流电压跟随效果受到影响。而且为了使两个MOS管都工作在饱和区，电路输入和输出直流电平的幅度范围都有一定的限制。
1.2.2单级共栅放大电路的主要关系式和参数8
1.3单级共漏放大电路11
1.3.1单级共漏放大电路组成和原理11
1.3.2单级共漏放大电路的主要关系式和参数12
2其它形式的MOS管放大电路14
2.1源极反馈的共源放大电路14
2.1.1电路组成和原理14
2.1.2主要关系式和参数15
2.1.3源极反馈的共源放大电路的特点和应用18
源极跟随器的电路图如图1.12所示，其中NMOS管M1是输入管，信号从栅极输入，从源极输出，漏极是公共交流地，所以也叫做共漏放大器。在使用P衬底的MOS工艺中，所有NMOS管的衬底都接在最低电位。所以源极跟随器的衬底电位低于源极的电位，将会出现背栅效应。M1管源极下的M2管作为电流源，为M1提供一直流电流通路。
第7讲+简单MOS管放大器
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
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
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。
-gmvo
gmb vo
io ro
rol
+ RS vo
-
rol
gm
1 gmb
mos运算放大器——原理、设计与应用 -回复
mos运算放大器——原理、设计与应用-回复Mos运算放大器是一种基于金属氧化物半导体(MOS)技术的放大器，广泛应用于电子设备中。
本文将一步一步回答有关Mos运算放大器的原理、设计和应用的问题，详细介绍这一技术的背景、工作原理、设计要点以及在实际应用中的一些典型案例。
一、Mos运算放大器的背景和基本原理Mos运算放大器是一种差分放大器，用于从输入信号中提取并放大输出信号。
它基于MOS管的工作原理，通过调整输入电压来控制输出电流，实现信号放大的目的。
与传统的BJT(双极型晶体管)放大器相比，Mos运算放大器具有更低的功耗、更高的增益和更好的线性性能。
二、Mos运算放大器的设计要点和关键参数1. 差分对输入：Mos运算放大器通过使用差分对输入电路，可以减小输入端噪声、提高共模抑制比和增益稳定性。
2. Mos管工作在饱和或截止区：为了实现高增益和线性性能，Mos管需要在饱和或截止工作区域。
根据实际应用需求，可以选择不同类型的Mos 管来实现不同的工作状态。
3. 负反馈：负反馈是Mos运算放大器设计中的重要原则，可以提高增益稳定性、减小非线性失真和噪声。
4. 电流源和偏置电路：为了确保Mos管的工作稳定性和线性性能，需要设计合适的电流源和偏置电路。
常用的电流源包括电流镜电路和恒流源。
三、Mos运算放大器的应用案例1. 信号调理：Mos运算放大器广泛应用于信号调理系统中，例如传感器信号放大、滤波和增益调节等。
通过Mos运算放大器的放大和滤波功能，可以改善传感器信号的质量和稳定性。
2. 数据采集和处理：在数据采集和处理系统中，Mos运算放大器可以用于放大和处理各种类型的信号，例如温度、压力、光强等。
通过Mos运算放大器的准确放大和线性特性，可以获得更可靠和精确的数据。
3. 仪器测量：Mos运算放大器广泛应用于仪器测量设备中，例如高精度电压表、频率计和振荡器等。
它可以提供高增益、低噪声和高速反应的性能，以满足各种测量需求。
mos管放大原理
mos管放大原理MOS管（金属氧化物半导体场效应管）是一种重要的电子元器件，主要应用于放大、开关等电路中。
其放大原理是指当MOS管的栅极电压发生变化时，其漏源电流也会随之发生变化，从而实现电压信号到电流信号的转换。
下面我们将围绕MOS管放大原理进行详细介绍。
1. MOS管的结构与工作原理MOS管由金属栅极、绝缘层（氧化层）和半导体基底三部分组成。
当金属栅极上加上一定的电压时，由于栅电场的影响，半导体中的载流子（电子与正空穴）将被引入或挤出，形成一个导电通道，导通而形成一个低电阻通路，即MOS管的“开启”状态；当金属栅极上的电压消失时，这个导电通道消失，MOS管则为“关闭”状态。
这种结构及工作原理使MOS管具有分压、分流、转换电压为电流等特性。
2. MOS管的放大原理当MOS管处于“开启”状态时，栅源之间存在一个反接偏压，使得栅源之间有一个电容，称之为输入电容Ci。
当输入电压的变化导致MOS管的漏源电流变化时，漏源电流的变化所依据的输入信号等效地反映在了输入电容上，从而改变了输入电容的电荷量和电压，即改变了栅极电压。
因此，我们可以通过改变输入信号，来控制MOS管的漏源电流和栅极电压。
此外，输出电压也会受到栅源电容的影响，当输出电流通过MOS管漏极时，也会改变漏极与源极之间的电荷量和电压，即改变栅极电压。
因此，通过调节输入电压和输出电压，我们可以控制MOS管的漏源电流和输出电流，从而实现信号放大的功能。
3. MOS管的分类根据MOS管的工作原理和结构特点，可以将其分为N沟道MOS管（N-MOS）和P沟道MOS管（P-MOS）两大类。
N-MOS是将P型半导体作为基底，通过掺杂N型掺杂剂形成N型沟道和N+注入层，从而由N+、源沟道漏极三端控制其导通和截止；P-MOS则是将N型半导体作为基底，通过掺杂P型掺杂剂形成P型沟道和P+注入层，并由P+、源沟道漏极三端控制其导通和截止。
总之，MOS管通过提供一个导电通道，可以实现信号的放大、分压、分流等功能。
mos管做放大电路
mos管做放大电路以mos管做放大电路为标题，我们来探讨一下mos管放大电路的相关知识。
一、什么是mos管MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）是一种常见的半导体器件，它由金属-氧化物-半导体构成。
MOS管具有低功耗、高输入阻抗、大电流驱动能力等特点，被广泛应用于放大电路中。
二、mos管的工作原理mos管是一种三端器件，包括栅极（G）、漏极（D）和源极（S）。
栅极与源极之间的电压变化可以控制漏极-源极之间的电流。
mos 管的工作原理可以分为三个阶段：截止区、放大区和饱和区。
1. 截止区：当栅极-源极电压低于mos管的阈值电压时，mos管处于截止状态，漏极-源极之间的电流非常小，可以忽略不计。
2. 放大区：当栅极-源极电压高于阈值电压，但低于临界电压时，mos管处于放大区。
此时，漏极-源极之间的电流与栅极-源极电压呈线性关系，可以通过调整栅极-源极电压来控制mos管的放大倍数。
3. 饱和区：当栅极-源极电压高于临界电压时，mos管处于饱和区。
在饱和区，漏极-源极之间的电流基本保持不变，增加栅极-源极电压无法再进一步增大电流。
三、mos管的放大电路mos管在放大电路中常被用作信号放大器。
常见的mos管放大电路包括共源极放大电路、共漏极放大电路和共栅极放大电路。
1. 共源极放大电路：共源极放大电路是mos管放大电路中最常见的一种。
它的输入信号通过栅极与源极之间的电压变化来控制mos管的导通程度，从而实现信号的放大。
输出信号则通过漏极与源极之间的电压变化来表示。
2. 共漏极放大电路：共漏极放大电路的输入信号通过栅极与源极之间的电压变化来控制mos管的导通程度。
输出信号则通过漏极与地之间的电压变化来表示。
3. 共栅极放大电路：共栅极放大电路的输入信号通过源极与地之间的电流变化来控制mos管的导通程度。
输出信号则通过漏极与地之间的电流变化来表示。
mos管的放大作用
mos管的放大作用一、引言MOS管是一种常用的半导体器件，它具有放大、开关等多种功能。
其中，放大作用是其最为重要的应用之一。
本文将详细介绍MOS管的放大作用。
二、MOS管简介MOS管全称金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），是一种三端器件，包括栅极、漏极和源极。
当栅极电压变化时，可以控制漏极和源极之间的电流大小。
三、MOS管的结构MOS管由P型或N型半导体基片上形成一个N型或P型沟道，沟道两侧分别形成源和漏结。
在沟道上覆盖一层非常薄的氧化物层，并在氧化物层上镀上金属栅极。
当栅极施加正电压时，在沟道中形成一个负电荷区域，使得沟道中原有的正空穴被抑制，从而使得漏极和源极之间几乎没有电流流过。
四、MOS管的工作原理当外界施加一个正向偏置电压时，栅极与源结之间会产生一个正向电场，使得沟道中的电子向漏极流动，从而形成漏极电流。
当栅极施加反向偏置电压时，栅极与源结之间会产生一个反向电场，使得沟道中的电子被拒绝，从而几乎没有漏极电流流过。
五、MOS管的放大作用MOS管具有放大作用是因为它可以将一个小信号放大到一个较大的信号。
具体来说，当输入信号施加在栅极上时，可以控制漏极和源极之间的电流大小。
如果输入信号变化很小，则输出信号也会相应地变化很小；如果输入信号变化很大，则输出信号也会相应地变化很大。
这样就实现了对输入信号的放大。
六、MOS管的特点1. MOS管具有高输入阻抗和低输出阻抗；2. MOS管不需要偏置电路；3. MOS管可靠性高、寿命长；4. MOS管功耗低、速度快。
七、MOS管在实际应用中的作用MOS管广泛应用于各种领域，如通讯、计算机、医疗等。
其中最常见的是在音频功率放大器中使用。
此外，MOS管还可以用于开关电路、振荡电路、稳压电路等。
八、结论总之，MOS管的放大作用是其最为重要的应用之一。
通过对输入信号的控制，可以实现对输出信号的放大。
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共栅极电路
VDD G RD D VB G S VS+vi VD+vo + vgs gmvgs S + vi vsb io gmbvsb ro + vo D
+ -
-
-
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
gmvi S + vi ro gmbvi RD
D + vo
vi vo vo ( g m g mb )vi RD ro
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
Av g m vgs (ro // RD // RL ) vgs
g m (ro // RD // RL )
9 .9
rol ro // RD 100k
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 + gmvgs vgs + RS vsb gmbvsb ro vo
vi -
由于VSB不为0，要使用考虑体效应的模型 RD ro RD ro
-
G
-
如果ro远大于RD
Av ( gm gmb ) RD
共栅极放大器的输入输出阻抗
vi ii RD ro ii ( gm gmb )vi
gmvi ii + vi ro S gmbvi RD
D
DS之间 的小信号 电阻为
1 1 // ro gm 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
G1 D1 +
M1
gm1 vds2
ro1 S1
vds2 -
VD1+vo VB+vi
M2
D2 G2 + + vgs2 gm2 vgs2 S2 ro2 vds2 -
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
G + vgs gmvgs S D + ro vds -
ids
vds 1 g m vgs vds ( g m ) ro ro
第7讲 简单MOS管放大器
以电阻为负载的简单放大器
Vdd
KPn =60µ A/V2 ID 5V RD 100k vDS 2u vi 1V W=20u L=2u 500k RL vo
VTHN=0.8V λ=0.01 1mV 1kHz
模拟电子技术中的思想可用
W n KPn 600 ( A / V 2 ) L
vi
VB,VD1是静态电压。
电压放大倍数
1 Av g m 2 (ro 2 // // ro1 ) g m1 g m2 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”, 即图中M2的宽长比大于M1的宽长比.
ID
n
2
(VGS VTHN ) 2 300 0.04 12( A)
VDS VDD I D RD 5 12 0.2 2.6(V )
g m 2 n I D 120A / V
1 ro 8.3M I D
小信号等效电路
G + vi + vgs - S rol gmvgs ro RD D io + RL vo -
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)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
G
A
A
B
B
(A)
(B)
管。
MOS二极管导通时处于什么工作区？
源极跟随器电压放大倍数
注意：
vi vgs vo
vo vsb
Av g m ( Rs // ro ) 1 1 ( g m g mb )(RS // ro )
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。
G2 + vgs2 gm2vgs2 S2 io + vi + vgs1 G1 D1 gm1vgs1 S1 ro1 + vds1 RD vo gmb2vsb2 ro2 + D2 io
电压放大倍数
认为ro1无穷大 时，回路电流
vo io RD gm1RDvi
就是M1的漏极
电流。
io gm1vi
-gmvo gmb vo ro io + RS vo rol
1 rol g m g mb
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。
Av gm1RD
共源共栅电路的输出电阻
G2 + D2 gm2vgs2 S2 io D1 vgs1=0 ro1 + vds1 rout RD vo gmb2vsb2 ro2 io +
注意vds1与 vgs2和vsb2
vgs2 -
的关系。
-
输出电阻的计算
vds1 io ro1
vi RD ro ri ii 1 ( g m g mb )ro
ri
G
rol RD // ro
共源共栅电路
VDD RD ID M2 VB2 M1 VB1+vi VDS,sat1 VDS,sat2 VD2+vo
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