2023/10/221第4章MOS集成電路的基本單元電路（18）

引言1.FET與BJT的對應(yīng)關(guān)系

電極:Ｇ

Ｂ；Ｓ

Ｅ；Ｄ

Ｃ

類型：N溝道

NPN；Ｐ溝道

PNP

控制關(guān)系：iＤ=f(

GS,

DS)

；iC=f(

BE,

CE)

電路組態(tài)與結(jié)構(gòu):CS

CE；CG

CB;

CD

CC

分析方法：圖解法；等效電路法

基本結(jié)論2.FET的特殊問題

FET除分N,P溝道外還有增強(qiáng)型,耗盡型注意偏壓極性要求

FETiG

0（直流和低頻下）

FET有襯底調(diào)制效應(yīng)2023/10/222第4章MOS集成電路的基本單元電路4.1MOS場效應(yīng)管的基本特點(diǎn)復(fù)習(xí)P214～P2154.2MOS場效應(yīng)管的交流小信號模型和三種組態(tài)放大電路4.2.1MOS場效應(yīng)管的小信號模型一、什么是小信號

閱讀P215～P217，理解：

(1)(4.2.1)式的意義：Vsm=4D(VGSQ-VGS(th))

Vsm0.2(VGSQ-VGS(th))，D5％

(2)MOS管輸入小信號范圍的決定因素：(VGSQ-VGS(th))(3)MOS與BJT輸入小信號范圍的不同小信號的幅度與VGSQ-VGS(th)有關(guān)

MOS的小信號的幅度比BJT的大2023/10/2234.2.1MOS場效應(yīng)管的小信號模型（續(xù)）二、MOS管的低頻小信號模型（飽和區(qū)）1.

推導(dǎo)

iD=kP/2

W/L(

GS-VGS(th))2(1+

DS)

diD=id,d

GS=

gs,d

DS=

ds

,

小信號電流方程

id=gm

gs+

ds/rds

2023/10/2244.2.1MOS場效應(yīng)管的小信號模型（續(xù)）

等效電路

id=gm

gs+

ds/rds

Id=gmVgs+Vds/rds

Ig=0

2.

考慮襯底調(diào)制效應(yīng)的模型

注意兩個受控源同方向

3.

模型參數(shù)

gm：三種形式

(4.2.3)式

(4.2.5)式

rds：(4.2.6)式注意：飽和區(qū)模型(等效電路)-srdsgmVgs+Vgs-Vds+gdId-srdsgmVgs+Vgs-Vds+gdgmbVbsVbs-+bId2023/10/2254.2.1MOS場效應(yīng)管的小信號模型（續(xù)）三、高頻交流小信號模型

完整的模型：在低頻模型基礎(chǔ)上加五個電容

(參見圖2.1.20)

vbs=0的模型注意：Cgb已包括在Cgs之內(nèi)（應(yīng)為Cgs+Cgb）gmbVbsgVgsSCgdCbdrdsVbsCgbCgsgmVgsCbsbd+-+-gmVgsgVgsSCgdCbdrdsVdsCgsbd+-+-Id2023/10/2264.2.1MOS場效應(yīng)管的小信號模型（續(xù)）

四、MOS管的特征頻率fT

定義：輸出交流短路時電流增益Id/Ig=1時的頻率計(jì)算

fT

fT

與工作點(diǎn)有關(guān)

討論：MOS管fT和BJTfT公式的比較

fT

gmVgsgVgsSCgdCbdrdsVds=0Cgsd+-IdIggm2(Cgs+Cgd)gm2(Cbe+Cbc)2023/10/2274.2.2基本共源極放大電路

電路形式一、直流工作點(diǎn)(vGS=VGG)

直流通路

解析計(jì)算

IDQ

kP/2

W/L(VGG-VGS(th))2（忽略VDS的影響）

圖解法

思考題：如果不忽略VDS的影響，如何計(jì)算工作點(diǎn)？iDTvIvOVDDRDIDQTVGGVDSQVDDRDvGS=VGGIDQvDSQiD0VDSQIDQvGSQiD0VGSQ2023/10/2284.2.2基本共源極放大電路（續(xù)）二、低頻動態(tài)特性

低頻等效電路

增益

Av=Vo/Vi

=-gmVgsR

L/Vi

=-gmR

L

輸入電阻Ri:Ri=

輸出電阻Ro:Ro=RD//rds

與CE放大電路比較

CE:

Av=-

R

L/rbe

-

R

L/rb

e=-gmR

L

忽略rb

b后公式相同

一般rds不能忽略rds-gmVgs+Vi

=Vgs

-RDR

L+Vo2023/10/2294.2.2基本共漏極放大電路

電路形式

源極跟隨器一、直流工作點(diǎn)

直流通路

工作點(diǎn)計(jì)算

IDQ

kP/2

W/L(VGSQ-VGS(th))2

VGSQ=VGG-RIDQ

圖解法（思考題）IDTVGGVOVDDRiDTvIvOVDDRRsvs+-+-VGG

2023/10/22104.2.2基本共漏極放大電路（續(xù)）

二、低頻動態(tài)特性

低頻等效電路

增益

Vo=gmVgsR

LVi=Vgs+Vo=(1+gmR

L)Vgs

Av=Vo/Vi

=

輸入電阻Ri

輸出電阻RoRo=R//

rds//(1/gm)

1/gm

特點(diǎn)

與CC放大電路比較（思考題）1+gmR

LgmR

LVo-+rds-gmVgs+ViRR

L+-Vgs

Rs+-VsV-+rds-gmVgs+ViR+-Vgs

Rs+-VsI2023/10/22114.2.2基本共柵極放大電路

電路形式

低頻等效電路

增益

Av=Vo/Vi=

gmRD

輸入電阻RiRi=Vi/Ii=

1/gm

輸出電阻RoRo=RD//[(1+

gmRs)rds]

RD

特點(diǎn)

近似條件：gm1/rds,rds

RD

與CB放大電路比較（思考題）1+RD/rds(gm+1/rds)RDiDTVGGvOVDDRD+-vi1+gmrdsrds+RDgmVgs+Vords+Vi-RD+--VsVi=-Vgs

IiRsdsg2023/10/22124.3MOS管有源電阻和電流源4.3.1MOS管有源電阻一、增強(qiáng)型MOS管有源電阻

電路形式

D、S間二端器件

特點(diǎn)：vGS=vDS；伏安特性；工作于飽和區(qū)；

等效電路與等效電阻

r=Vds/Id=(1/gm)

(1/gmb)

rds=gm+gmb+gds1vDSQiD0gmbVbsgmVgssrdsVdsVgs+--g

b

dId+iDrDSVDD2023/10/22134.3.1MOS管有源電阻（續(xù)）二、耗盡型MOS管有源電阻

電路形式

特點(diǎn)：vGS=0；類似電流源

等效電阻r=(1/gmb)

rds=三、有源電阻的應(yīng)用(閱讀P227)1.組成電阻分壓器

2.做負(fù)載vDSQiD0vGS=0gmbVbsgs+-

bdrdsVdsId

gmb+gds1iDrDS2023/10/22144.3.2MOS管電流源

一、MOS管基本電流源

電路形式

ID1=IR=kP/2

W1/L1(VGS1-VGS(th)1)2(1+

VDS1)

I0=ID2=kP/2

W2/L2(VGS2-VGS(th)2)2(1+

VDS2)

1.鏡像電流源

設(shè)

0,且W1/L1=W2/L2（T1,T2對稱）

I0

IR

2.比例電流源

0,W1/L1

W2/L2（T1,T2不對稱）

I0

(W2/L2)/(W1/L1)

IR3.

0引起的誤差問題T2VDDIRRT1I02023/10/22154.3.2MOS管電流源（續(xù)）

4.輸出電阻RoRo=rds2

5.參考電流的產(chǎn)生問題

電阻R用有源電阻代替，見 圖4.3.5(a)：T3增強(qiáng)型 圖4.3.5(b)：T3耗盡型 圖4.3.5(c)：PMOS管注意：T3、T1組成分壓器，獲得VGS1=VGS2

T2VDDIRRT1I02023/10/22164.3.2MOS管電流源（續(xù)）二、威爾遜電流源

電路組成

T1

T3對稱

輸出電流I0

I0

IR

輸出電阻Ro

提高Ro的原理

Ro

(gm1rds1)rds3

電路改進(jìn)－增加T4T2IRI0T1T3T42023/10/22174.4集成MOS管單級放大電路