第7讲+简单MOS管放大器
MOS场效应管放大电路(课堂PPT)
36
3、共漏放大电路的分析
• ② 输入电阻：
Ri Rg3Rg1//Rg2
37
3、共漏放大电路的分析
③ 输出电阻：
•
•
•
IO
UO RS
•
gmUgs
UO RS
•
gm(UO)
( 1 RS
•
gm)UO
•
Us置零后，电路输入部分无电流流过，所以g点电压与d点相同
RO U• O IO
1 RS
1 gm
RS 1gmRS
源电压为负，获得合适的工作点。
U SQ I DQ R S U GSQ U GQ U SQ
0 U SQ I DQ R S
4
一、场效应管的偏置电路
• 对于增强型MOSFET，由于uGS=0时，iD=0，故一定 要采用分压式偏置或混合式偏置方式，如图所示：
5
一、场效应管的偏置电路
UGQ
UA
RS
//1 gm
38
4、共栅放大电路的分析
• ⑴电路结构 一个共栅放大器的电路图如下：
39
4、共栅放大电路的分析
• ⑵交流性能分析 • 先画出交流通路：
40
4、共栅放大电路的分析
• ⑵交流性能分析 • 再画出交流等效电路：
41
4、共栅放大电路的分析
• 再根据等效电路计算交流性能：
•
•
•
Au
U
U DS V Q D D ID(Q R D R S)
11
三、场效应管的动态分析
• 1、场效应管的小信号等效模型 • 2、共源放大电路的分析 • 3、共漏放大电路的分析 • 4、共栅放大电路的分析
12
场效应管的低频小信号等效模型
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.
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
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。
MOS管放大电路
同相放大器的特点是输入阻抗低、输出阻抗高，因此具有良好的驱动能力。它通 常由一个运算放大器和两个电阻构成，其输出电压与输入电压成比例，且放大倍 数由两个电阻的比值决定。
差分放大器
总结词
差分放大器是一种用于放大差分信号的电路，其输出信号与两个输入信号之差成正比。
详细描述
差分放大器的特点是抑制共模信号、放大差分信号，因此具有较高的抗干扰性能。它通 常由两个对称的放大电路组成，分别对两个输入信号进行放大，然后通过减法器得到差
易于集成
由于MOSFET是平面结构，易 于集成到集成电路中，有利于 减小放大电路的体积和重量。
MOS管放大电路的应用场景
音频放大
用于放大音频信号，如扬声器、 耳机等。
电源管理
用于调整和放大电源电压，如直流 /直流转换器等。
信号放大
用于放大各种传感器输出的微弱信 号，如压力、温度、光等传感器。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
02
输出阻抗匹配的目的是使放大电路的输出信号能够有效地传输到负载，同时避免信号的损失或失真。通过选择适 当的输出阻抗元件，可以使得放大电路的输出阻抗与负载阻抗相匹配。
带宽与增益的权衡
带宽
带宽是指放大电路能够处理的信号频 率范围。在设计和优化MOS管放大电 路时，需要考虑所需的带宽，并选择 适当的元件和电路拓扑以实现所需的 频率响应。
的调节。
电容器
01
电容器是一种储能元件， 由两个平行板中间填充 绝缘介质构成。
02
它具有隔直流通交流的 特性，常用于滤波、耦 合、旁路等电路中。
03
根据介质类型和结构， 电容器可分为固定电容 器和可变电容器两大类。
04
在MOS管放大电路中， 主要使用固定电容器， 用于实现信号耦合和滤 波等功能。
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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
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 vds2 S1 -
VD1+vo VB+vi
M2
D2 G2 + gm2 vgs2 S2 + ro2 vds2 -
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。
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。
ro2
的关系。
vgs1=0
RD + vds1 rout
vo
ro1
-
输出电阻的计算
vds1 io ro1
vo vds1 io g m 2 vds1 g mb 2 vds1 ro 2
vo ro1 1 ( g m 2 g mb 2 )ro1 io ro 2 ro 2
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？
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 // )
9.9
rol ro // RD 100 k
( g m g mb ) RD Av RD 1 ro RD ro
-
G
-
如果ro远大于RD
Av ( g m g mb ) RD
共栅极放大器的输入输出阻抗
vi ii RD ro ii ( g m g mb )vi
gmvi
ii + vi
S gmbvi ro
D
vi RD ro ri ii 1 ( g m g mb )ro
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 120 A / V
1 ro 8 .3 M I D
小信号等效电路
G + vi + vgs - S rol gmvgs ro RD D io + RL vo -
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。
共栅极电路
VDD G RD D G VB S VS+vi VD+vo + vgs gmvgs S vo + vi vsb io gmbvsb ro + 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
D + RD vo
vi vo vo ( g m g mb )vi RD ro
rout
vo ro 2 1 ( g m 2 g mb 2 )ro 2 ro1 io
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
vi
vgs2 -
VB,VD1是静态电压。
电压放大倍数
Av g m 2 (ro 2 //
gm2 g m1
1 // ro1 ) 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.
RD
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
G2 + vgs2 gm2vgs2 S2 io + vi + vgs1 G1 D1 gm1vgs1 S1 ro1 + vds1 RD vo gmb2vsb2 ro2 + D2 io
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 1mV 1kHz vi 1V W=20u L=2u 500k RL vo
VTHN=0.8V λ=0.01
模拟电子技术中的思想可用
W n KPn 600 ( A / V 2 ) L
电压放大倍数
认为ro1无穷大 时，回路电流
vo io RD g m1RD vi
就是M1的漏极
电流。
io g m1vi
Av g m1RD
共源共栅电路的输出电阻
G2 + D2 io +
注意vds1与 vgs2和vsb2
vgs2 -
gm2vgs2 S2 io D1
gmb2vsb2
-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。