MOS模擬集成電路的基本單元電路課件

第四章MOS模擬集成電路的基本單元電路

MOS場效應(yīng)管的特點

MOS單級放大電路

MOS功率輸出單元電路MOS開關(guān)電容電路

MOS場效應(yīng)管的模型

MOS場效應(yīng)管的三種基本放大電路

MOS管有源負(fù)載

MOS管電流源

MOS管差分放大電路第四章MOS模擬集成電路的基本單元電路MOS場效應(yīng)管的1

第一節(jié)MOS場效應(yīng)管的特點（1）MOS場效應(yīng)管是一種電壓控制器件；iD受uGS的控制。（2）MOS場效應(yīng)管是單極型器件，溫度穩(wěn)定性好，抗輻射能力強。（3）輸入電阻極高，一般高達(dá)109~1012。（4）MOS場效應(yīng)管所占芯片面積小、功耗很小，且制造工藝簡單，因此便于集成。（5）因MOS場效應(yīng)管既有N溝道和P溝道器件之分，又有增強型和耗盡型之別，它們對偏壓極性有不同要求。第一節(jié)MOS場效應(yīng)管的特點（1）MOS場效應(yīng)管是一種電壓2（6）MOS場效應(yīng)管跨導(dǎo)gm較低（約為雙極型晶體管的1/40），所以為了提高增益，減小芯片面積，常采用有源負(fù)載。（7）MOS場效應(yīng)管存在背柵效應(yīng)（也稱襯調(diào)效應(yīng)），為了減小柵源電壓對漏極電流的影響，要保證襯底與溝道間的PN結(jié)始終處于反偏。（8）MOS場效應(yīng)管的不足之處除了跨導(dǎo)gm較低以外，還有其工藝一致性較差、輸入失調(diào)電壓大、工作頻率偏低，低頻噪聲較大等。MOS場效應(yīng)管的特點（6）MOS場效應(yīng)管跨導(dǎo)gm較低（約為雙極型晶體管的1/403

第二節(jié)MOS場效應(yīng)管的模型1.簡化的低頻交流小信號模型簡化的低頻小信號模型（duBS=0）求全微分得正弦信號下考慮到MOS管的輸入電阻極高，(RGS可認(rèn)為無窮大）。若源、襯極相連，uBS=0,則可得簡化的低頻小信號模型如圖UgsUdsId++--第二節(jié)MOS場效應(yīng)管的模型1.簡化的低頻交流小信號模型簡4

第二節(jié)MOS場效應(yīng)管的模型2.高頻交流小信號模型MOS管完整的交流小信號模型如圖如果MOS管的源極與襯底相連，uBS=0,則它的高頻小信號模型可以簡化，其簡化模型如圖所示。

簡化高頻小信號模型低頻情況下，極間電容均可視為開路，于是也可得到簡化低頻小信號模型第二節(jié)MOS場效應(yīng)管的模型2.高頻交流小信號模型MOS管5一場效應(yīng)管的偏置電路（一）自給偏置電路(1)UGS=

0時,IS=IDRS兩端電壓為：US=ISRS(2)由于IG=0;UG=0:

UGS=

-ISRS=-IDRS由此構(gòu)成直流偏壓，稱為自給偏壓方式。這種偏壓方式只適合耗盡型FET。1.基本型自給偏置電路基本型自給偏置電路第三節(jié)場效應(yīng)管的基本放大電路一場效應(yīng)管的偏置電路（一）自給偏置電路(1)UGS=62.改進(jìn)型自給偏置電路上述電路中RS起直流反饋作用，RS大，Q穩(wěn)定；但RS大Q點低。問題：Q點低不僅使A，且由于接近夾斷，非線性失真加大。(1)由R1、R2分壓，給RG一個固定偏壓。RG很大以減小對輸入電阻的影響。(2)對于耗盡型FET：

UGS=UDDR2/(R1+

R2)-IDRS此時：RS大Q點不會低。顯然對于JFET,當(dāng)|US|>|UG|時，放大器才具有正確的偏壓。改進(jìn)型自給偏置電路ID=IDSS[1－(UGS/UGS.off)]22.改進(jìn)型自給偏置電路上述電路中RS起直流反饋作用，RS大，7（二）外加偏置電路外加偏置電路對增強型MOSFET:

UGS=

0時，ID=0，必須靠外加偏壓(1)外加偏壓UGS=UDDR2/(R1+

R2)RG很大以減小對輸入電阻的影響。(2)改進(jìn)型外加偏壓：UGS=UDDR2/(R1+

R2)-IDRS對增強型MOSFET,須保證|UG|>|US|時，放大器才具有正確的偏壓。（二）外加偏置電路外加偏置電路對增強型MOSFET:UGS8UG=UDDR2/(R1+R2)UGS=UG－US=UG－IDRS

ID=IDSS[1－(UGS/UGS.off)]2UDS=UDD－ID(Rd+RS)共源基本放大電路的直流通道根據(jù)圖可寫出下列方程：由上式可以解出UGSQ、IDQ和UDSQ。二、三種基本放大電路（一）共源組態(tài)基本放大器(1)直流分析UG=UDDR2/(R1+R2)共源基本放大根據(jù)圖可寫出下9電壓增益為1.未接CS時:等效電路如圖:一般

rds>>

RDRL>>RS;rds可忽略。（一）共源組態(tài)基本放大器二、三種基本放大電路rdsRDRLR2R1RGgmUgsRsUgsUiUoRi’Ro’+++---RL’=RD//RL電壓增益為1.未接CS時:等效電路如圖:一般rds>>10放大器的輸入電阻為放大器的輸出電阻為Ri’=RG+(R1//R2)RGRo’=RD//rdsRD2.接入CS時:AU

-gmRL’Ri’=RG+(R1//R2)RGRo’=RD//rdsRDrdsRDRLR2R1RGgmUgsUgsUiUoRi’Ro’+++---rdsRDRLR2R1RGgmUgsRsUgsUiUoRi’Ro’+++---放大器的輸入電阻為放大器的輸出電阻為Ri’=RG+(R1//11共漏放大器電路電壓增益為其等效電路如圖:（二）共漏組態(tài)基本放大器共漏放大器電路如圖:Ri’=

RG輸入電阻為式中:RL’=rds//Rs//RLRs//RL交流等效電路共漏放大器電路電壓增益為其等效電路如圖:（二）共漏組態(tài)基本12求輸出電阻1.求輸出電阻的等效電路如圖所示2.求輸出電阻:Ugs=-UotIot=Uot/Rs-gmUgs=Uot(1/Rs+gm)根據(jù)輸出電阻的定義：Ro'

=Uot/Iot=1/

(1/Rs+gm)=Rs//

（1/

gm）與射極輸出器類似:輸出阻抗低電壓增益近似為1（二）共漏組態(tài)基本放大器求輸出電阻1.求輸出電阻的等效電路如圖所示2.求輸出電阻:U13（三）共柵組態(tài)基本放大器其等效電路如圖:共柵放大器電路如圖:與共基放大器類似:輸入阻抗低輸出阻抗高電壓增益高共柵放大器典型電路所以，電壓增益為:式中:RL’=RD//RL共柵放大器等效電路由電路方程：（三）共柵組態(tài)基本放大器其等效電路如圖:共柵放大器電路如圖14輸入電阻為:Ri=

Ui/Id1/gm當(dāng)rds>>RL’,gm

rds>>1時：所以：Ri’R1//（1/gm）輸出電阻為:Ro’rds//RDRD由Ro’輸入電阻為:Ri=Ui/Id1/gm當(dāng)rds>>15MOS管三種組態(tài)基本放大電路的基本特性電路組態(tài)共源（CS）共漏(CD)共柵(CG)電壓增益

輸入電阻Ri很高很高輸出電阻Ro基本特點電壓增益高,輸入輸出電壓反相,輸入電阻高,輸出電阻主要取決于RD。電壓增益小于1,但接近于1,輸入輸出電壓同相,輸入電阻高,輸出電阻低。電壓增益高,輸入輸出電壓同相,輸入電阻低,輸出電阻主要取決于RD。性能特點MOS管三種組態(tài)基本放大電路的基本特性電路組態(tài)共源（CS）共16（一）增強型（單管）有源負(fù)載將D、G短接（N溝道），電路如圖：R0R0等效電路如圖：顯然：適當(dāng)減小gm(或)可提高R0。第四節(jié)MOS管恒流源負(fù)載（一）增強型（單管）有源負(fù)載將D、G短接（N溝道），電路如圖17（二）耗盡型（單管）有源負(fù)載：將G、S短接（n溝道），電路如圖:R0R0等效電路如圖顯然，與增強型MOS有源負(fù)載相比，它具有更高的R0G,S間電壓為0此時G,S間沒有電流源（二）耗盡型（單管）有源負(fù)載：將G、S短接（n溝道），電路18第五節(jié)MOS管電流源一、MOS電流源（一）、MOS鏡像電流源（電路如圖）T1、T2均工作在恒流區(qū)第五節(jié)MOS管電流源一、MOS電流源（一）、MOS鏡像19若T1、T2結(jié)構(gòu)對稱：則溝道的寬長比=1。得：

Io=IR成鏡像關(guān)系因為UGS1=UGS2,UGS,th1=UGS,th2,IG=0所以2211021LWLWRDDIIII==若T1、T2結(jié)構(gòu)對稱：因為UGS1=UGS2,UGS20（二）、具有多路輸出的幾何比例電流源若T1、T2結(jié)構(gòu)不對稱：則I02與IR成比例，比例系數(shù)為溝道的寬長比之比。設(shè)T1、T2、T3管的溝道寬長比分別為ST1、ST2、ST3，則有:（電路如圖）由（一）可知:同時也有（二）、具有多路輸出的幾何比例電流源若T1、T2結(jié)構(gòu)不對稱：21第六節(jié)MOS單級放大電路有源負(fù)載的共源MOS放大器常見的電路形式有：1.E/E型NMOS放大器：放大管和負(fù)載管均為N溝道增強型（E型）的共源放大器。2.

E/D型NMOS放大器：放大管用增強型（E型），負(fù)載管用耗盡型（D型），兩管均為N溝的共源放大器。3.CMOS有源負(fù)載放大器：是由增強型NMOS管（放大），和增強型PMOS（有源負(fù)載）組成的放大器。4.

CMOS互補放大電路：采用極性不同（P、N溝道）的兩只MOS管構(gòu)成互補電路。第六節(jié)MOS單級放大電路有源負(fù)載的共源MOS放大器常見的電22（一）、E/E型NMOS放大器電路如圖：（T1為放大管,T2為負(fù)載管）（RO2=1/(gm2+gmb2)為T2管的等效電阻）。電壓增益:此時襯底接地不考慮襯底效應(yīng)等效電路：（一）、E/E型NMOS放大器電路如圖：（T1為放大管,T23特點：1.由于ST1、ST2受工藝限制不能隨意增加，AUE只能達(dá)到5-10倍（較?。?.輸入電阻很高，一般可達(dá)1010輸入電阻：Ri>1010

輸出電阻：Ro=rds//RO2特點：輸入電阻：Ri>1010輸出電阻：Ro=rds//24（二）、E/D型NMOS放大器1.電路如圖:(T1為放大管，T2為負(fù)載管)2.等效電路如圖:（RO2=1/gmb2為T2管的等效電阻）電壓增益:（二）、E/D型NMOS放大器1.電路如圖:(T1為放大管25輸入電阻：Ri>1010輸出電阻：Ro=rds//Ro2特點：1.增益高，因2為0.1左右，故AUD比AUE高一個數(shù)量級。（常用）2.輸入電阻為T1的柵源絕緣電阻，很高，一般可達(dá)10103.輸出電阻比E/E型放大器高。E/E型輸入電阻：Ri>1010輸出電阻：Ro=rds//Ro226（三）、CMOS放大器電路如圖:(B、S短接即UBS=0;UGS=0)等效電路如圖:(T2管的等效負(fù)載Ro2=rds)電壓增益：

AU=-gm1(rds1//rds2)（三）、CMOS放大器電路如圖:(B、S短接即UBS27優(yōu)點：1.增益高，gds比gm或gmb小1~2個數(shù)量級，故在同樣工作電流條件下，AU遠(yuǎn)高于AUE、AUD--幾百倍乃至上千倍）。2.功耗小，在恒流區(qū)輸入電阻：Ri>1010輸出電阻：缺點：輸出電阻比E/E型和E/D型高，負(fù)載能力較E/E型和E/D型差?？梢姡诤懔鲄^(qū)，ID越小，AU越高。所以，CMOS放大器可在較低的電流下工作，有利于降低功耗。優(yōu)點：2.功耗小，在恒流區(qū)輸入電阻：Ri>1010輸出電28（四）、CMOS互補放大器電路如圖：等效電路如圖：電壓增益：輸入電阻：Ri>1010

輸出電阻：增益高，是CMOS有源負(fù)載放大器的2倍。

缺點：級聯(lián)時電平匹配困難，因此一般作輸出級。特點：（四）、CMOS互補放大器電路如圖：等效電路如圖：電壓增益：29四種常用MOS單級放大器性能比較電路類型增益表達(dá)式AU典型值輸出電阻Ro表達(dá)式E/E型NMOS放大電路<20dB>30dBCMOS有源負(fù)載放大電路30～60dBCMOS互補放大電路31～66dBE/D型NMOS放大電路四種常用MOS單級放大器性能比較電路類型增益AU典型值輸出電30第七節(jié)MOS管差分放大電路MOS管差分放大電路的基本形式：1.E/E型NMOS差放電路2.E/D型NMOS差放電路3.CMOS差放電路CMOS差放電路E/D型NMOS差放電路E/E型NMOS差放電路第七節(jié)MOS管差分放大電路MOS管差分放大電路的基本形式：31MOS管差分放大電路的分析利用分析雙極型差分放大電路相類似的方法－半邊電路法以E/D型NMOS差放電路為例E/D型NMOS差放電路雙端輸出差模電壓增益：單端輸出差模電壓增益：

單端輸出共模電壓增益：共摸抑制比:MOS管差分放大電路的分析利用分析雙極型差分放大電路相類似的32第八節(jié)CMOS管功率放大電路CMOS互補功率放大電路如圖：對比雙極型甲乙類功放電路說明其工作原理。T1、T2為互補源極跟隨器；T3、T4的柵源電壓UGS為T1、T2提供直流偏壓，使T1、T2兩管工作在甲乙類狀態(tài)；T5與T6組成CMOS推動電路，T5是放大管，T6是T5的有源負(fù)載。

第八節(jié)CMOS管功率放大電路CMOS互補功率放大電路如圖：33第九節(jié)MOS模擬開關(guān)及開關(guān)電容電路在模擬集成電路中，MOS管可做為：

1.增益器件；2.有源負(fù)載；3.模擬開關(guān)(接近于理想開關(guān))做成的模擬開關(guān)近于理想開關(guān)，主要是它有以下特性：

1.器件接通時D-S間不存在固有的直流漂移。2.控制端G與信號通路是絕緣的，控制通路與信號通路之間無直流電流。從開關(guān)應(yīng)用角度講，NMOS優(yōu)于PMOS，所以通常選用NMOS管做模擬開關(guān)。第九節(jié)MOS模擬開關(guān)及開關(guān)電容電路在模擬集成電路中，MOS34一、單管MOS傳輸門模擬開關(guān)1.增強型單管MOS模擬開關(guān)電路UG<UGS,th時管子截止（Roff

）。UG>UGS,th時管子導(dǎo)通（Ron0）?？山频刃槔硐腴_關(guān)（如圖）（1）極間電容Cgs、Cgd、Csb、Cdb存在（2）Roff

,Ron0(2)UGSRon，但Cgs、Cgd串?dāng)_，所以應(yīng)適當(dāng)選擇UGSRon，但極間電容，所以應(yīng)適當(dāng)選擇結(jié)論:(1)實際應(yīng)用時，MOS管并非理想開關(guān)。實際等效電路如圖一、單管MOS傳輸門模擬開關(guān)1.增強型單管MOS模擬開關(guān)電35保證MOS模擬開關(guān)正常工作的條件MOS開關(guān)的正常工作受限于與開關(guān)連接的電容值，時間常數(shù)是限制開關(guān)工作速度的重要因素。保證開關(guān)工作的條件為：開關(guān)工作頻率>時鐘控制頻率保證MOS模擬開關(guān)正常工作的條件MOS開關(guān)的正常工作受限于與36二、開關(guān)電容電路（簡稱SC電路）開關(guān)電容電路的組成：由MOS模擬開關(guān)和MOS電容組成。開關(guān)電容電路的功能：當(dāng)開關(guān)電容在集成電路中代替電阻時，又稱為SC等效電阻電路。SC等效電阻電路，分為{（1）并聯(lián)型SC等效電阻電路，（2）串聯(lián)型SC等效電阻電路，在時鐘信號的控制下完成電荷的存儲和轉(zhuǎn)移。二、開關(guān)電容電路（簡稱SC電路）開關(guān)電容電路的組成：由MOS37（一）并聯(lián)型SC等效電阻電路（2）工作原理當(dāng)UG為高電平時，T1導(dǎo)通、T2截止，C接到U1得到充電電荷Q1=CU1當(dāng)UG為高電平時，T1截止、T2導(dǎo)通，C接到U2，C端電荷Q2=CU2因此，在時鐘Tc內(nèi)，從U1向U2傳輸?shù)碾姾蔀镼=Q1-Q2=C(U1-U2)并聯(lián)型SC等效電阻電路如圖（1）要求：

同頻、反相、等幅且不重疊。波形如圖（一）并聯(lián)型SC等效電阻電路（2）工作原理當(dāng)UG為高電平時，38在周期TC內(nèi)，從U1流向U2的平均電流為：等效電阻為：注意：要用上式給出的等效電阻R代替常規(guī)電阻值，必須滿足以下條件：1.采樣頻率fC遠(yuǎn)大于信號的最高頻率fS。2.U1、U2不受開關(guān)閉合的影響。在周期TC內(nèi)，從U1流向U2的平均電流為：等效電阻為：注意：39工作原理在時鐘Tc內(nèi)，從U1向U2傳輸?shù)碾姾蔀椋篞=Q1-Q2=C(U1-U2)顯見，與并聯(lián)型SC等效電阻電路的Q相同。所以，等效電阻也為：（一）串聯(lián)型SC等效電阻電路串聯(lián)型SC等效電阻電路如圖當(dāng)UG為高電平時，T1導(dǎo)通、T2截止，C接到U1得到充電電荷Q1=C(U1-U2)當(dāng)UG為高電平時，T1截止、T2導(dǎo)通，C接到U2，C端電荷Q2=0工作原理在時鐘Tc內(nèi)，從U1向U2傳輸?shù)碾姾蔀椋篞=Q140本章小結(jié)1.MOS集成電路的分類（NMOS、PNOS、CMOS、CMOS互補）2.MOS器件作為有源負(fù)載（單管增強型、單管耗盡型、鏡像電流源）3.MOS器件作為開關(guān)的條件（開關(guān)工作頻率>時鐘控制頻率）4.MOS管作為放大器件，構(gòu)成放大器：(1)E/ENMOS放大器(2)E/DNMOS放大器(3)CMOS放大器(4)

CMOS互補放大器5.開關(guān)電容電路SC等效電阻電路（串聯(lián)型、并聯(lián)型）本章小結(jié)1.MOS集成電路的分類（NMOS、PNOS、CMO41

第四章MOS模擬集成電路的基本單元電路

MOS場效應(yīng)管的特點

MOS單級放大電路

MOS功率輸出單元電路MOS開關(guān)電容電路

MOS場效應(yīng)管的模型

MOS場效應(yīng)管的三種基本放大電路

MOS管有源負(fù)載

MOS管電流源

MOS管差分放大電路第四章MOS模擬集成電路的基本單元電路MOS場效應(yīng)管的42

第一節(jié)MOS場效應(yīng)管的特點（1）MOS場效應(yīng)管是一種電壓控制器件；iD受uGS的控制。（2）MOS場效應(yīng)管是單極型器件，溫度穩(wěn)定性好，抗輻射能力強。（3）輸入電阻極高，一般高達(dá)109~1012。（4）MOS場效應(yīng)管所占芯片面積小、功耗很小，且制造工藝簡單，因此便于集成。（5）因MOS場效應(yīng)管既有N溝道和P溝道器件之分，又有增強型和耗盡型之別，它們對偏壓極性有不同要求。第一節(jié)MOS場效應(yīng)管的特點（1）MOS場效應(yīng)管是一種電壓43（6）MOS場效應(yīng)管跨導(dǎo)gm較低（約為雙極型晶體管的1/40），所以為了提高增益，減小芯片面積，常采用有源負(fù)載。（7）MOS場效應(yīng)管存在背柵效應(yīng)（也稱襯調(diào)效應(yīng)），為了減小柵源電壓對漏極電流的影響，要保證襯底與溝道間的PN結(jié)始終處于反偏。（8）MOS場效應(yīng)管的不足之處除了跨導(dǎo)gm較低以外，還有其工藝一致性較差、輸入失調(diào)電壓大、工作頻率偏低，低頻噪聲較大等。MOS場效應(yīng)管的特點（6）MOS場效應(yīng)管跨導(dǎo)gm較低（約為雙極型晶體管的1/4044

第二節(jié)MOS場效應(yīng)管的模型1.簡化的低頻交流小信號模型簡化的低頻小信號模型（duBS=0）求全微分得正弦信號下考慮到MOS管的輸入電阻極高，(RGS可認(rèn)為無窮大）。若源、襯極相連，uBS=0,則可得簡化的低頻小信號模型如圖UgsUdsId++--第二節(jié)MOS場效應(yīng)管的模型1.簡化的低頻交流小信號模型簡45

第二節(jié)MOS場效應(yīng)管的模型2.高頻交流小信號模型MOS管完整的交流小信號模型如圖如果MOS管的源極與襯底相連，uBS=0,則它的高頻小信號模型可以簡化，其簡化模型如圖所示。

簡化高頻小信號模型低頻情況下，極間電容均可視為開路，于是也可得到簡化低頻小信號模型第二節(jié)MOS場效應(yīng)管的模型2.高頻交流小信號模型MOS管46一場效應(yīng)管的偏置電路（一）自給偏置電路(1)UGS=

0時,IS=IDRS兩端電壓為：US=ISRS(2)由于IG=0;UG=0:

UGS=

-ISRS=-IDRS由此構(gòu)成直流偏壓，稱為自給偏壓方式。這種偏壓方式只適合耗盡型FET。1.基本型自給偏置電路基本型自給偏置電路第三節(jié)場效應(yīng)管的基本放大電路一場效應(yīng)管的偏置電路（一）自給偏置電路(1)UGS=472.改進(jìn)型自給偏置電路上述電路中RS起直流反饋作用，RS大，Q穩(wěn)定；但RS大Q點低。問題：Q點低不僅使A，且由于接近夾斷，非線性失真加大。(1)由R1、R2分壓，給RG一個固定偏壓。RG很大以減小對輸入電阻的影響。(2)對于耗盡型FET：

UGS=UDDR2/(R1+

R2)-IDRS此時：RS大Q點不會低。顯然對于JFET,當(dāng)|US|>|UG|時，放大器才具有正確的偏壓。改進(jìn)型自給偏置電路ID=IDSS[1－(UGS/UGS.off)]22.改進(jìn)型自給偏置電路上述電路中RS起直流反饋作用，RS大，48（二）外加偏置電路外加偏置電路對增強型MOSFET:

UGS=

0時，ID=0，必須靠外加偏壓(1)外加偏壓UGS=UDDR2/(R1+

R2)RG很大以減小對輸入電阻的影響。(2)改進(jìn)型外加偏壓：UGS=UDDR2/(R1+

R2)-IDRS對增強型MOSFET,須保證|UG|>|US|時，放大器才具有正確的偏壓。（二）外加偏置電路外加偏置電路對增強型MOSFET:UGS49UG=UDDR2/(R1+R2)UGS=UG－US=UG－IDRS

ID=IDSS[1－(UGS/UGS.off)]2UDS=UDD－ID(Rd+RS)共源基本放大電路的直流通道根據(jù)圖可寫出下列方程：由上式可以解出UGSQ、IDQ和UDSQ。二、三種基本放大電路（一）共源組態(tài)基本放大器(1)直流分析UG=UDDR2/(R1+R2)共源基本放大根據(jù)圖可寫出下50電壓增益為1.未接CS時:等效電路如圖:一般

rds>>

RDRL>>RS;rds可忽略。（一）共源組態(tài)基本放大器二、三種基本放大電路rdsRDRLR2R1RGgmUgsRsUgsUiUoRi’Ro’+++---RL’=RD//RL電壓增益為1.未接CS時:等效電路如圖:一般rds>>51放大器的輸入電阻為放大器的輸出電阻為Ri’=RG+(R1//R2)RGRo’=RD//rdsRD2.接入CS時:AU

-gmRL’Ri’=RG+(R1//R2)RGRo’=RD//rdsRDrdsRDRLR2R1RGgmUgsUgsUiUoRi’Ro’+++---rdsRDRLR2R1RGgmUgsRsUgsUiUoRi’Ro’+++---放大器的輸入電阻為放大器的輸出電阻為Ri’=RG+(R1//52共漏放大器電路電壓增益為其等效電路如圖:（二）共漏組態(tài)基本放大器共漏放大器電路如圖:Ri’=

RG輸入電阻為式中:RL’=rds//Rs//RLRs//RL交流等效電路共漏放大器電路電壓增益為其等效電路如圖:（二）共漏組態(tài)基本53求輸出電阻1.求輸出電阻的等效電路如圖所示2.求輸出電阻:Ugs=-UotIot=Uot/Rs-gmUgs=Uot(1/Rs+gm)根據(jù)輸出電阻的定義：Ro'

=Uot/Iot=1/

(1/Rs+gm)=Rs//

（1/

gm）與射極輸出器類似:輸出阻抗低電壓增益近似為1（二）共漏組態(tài)基本放大器求輸出電阻1.求輸出電阻的等效電路如圖所示2.求輸出電阻:U54（三）共柵組態(tài)基本放大器其等效電路如圖:共柵放大器電路如圖:與共基放大器類似:輸入阻抗低輸出阻抗高電壓增益高共柵放大器典型電路所以，電壓增益為:式中:RL’=RD//RL共柵放大器等效電路由電路方程：（三）共柵組態(tài)基本放大器其等效電路如圖:共柵放大器電路如圖55輸入電阻為:Ri=

Ui/Id1/gm當(dāng)rds>>RL’,gm

rds>>1時：所以：Ri’R1//（1/gm）輸出電阻為:Ro’rds//RDRD由Ro’輸入電阻為:Ri=Ui/Id1/gm當(dāng)rds>>56MOS管三種組態(tài)基本放大電路的基本特性電路組態(tài)共源（CS）共漏(CD)共柵(CG)電壓增益

輸入電阻Ri很高很高輸出電阻Ro基本特點電壓增益高,輸入輸出電壓反相,輸入電阻高,輸出電阻主要取決于RD。電壓增益小于1,但接近于1,輸入輸出電壓同相,輸入電阻高,輸出電阻低。電壓增益高,輸入輸出電壓同相,輸入電阻低,輸出電阻主要取決于RD。性能特點MOS管三種組態(tài)基本放大電路的基本特性電路組態(tài)共源（CS）共57（一）增強型（單管）有源負(fù)載將D、G短接（N溝道），電路如圖：R0R0等效電路如圖：顯然：適當(dāng)減小gm(或)可提高R0。第四節(jié)MOS管恒流源負(fù)載（一）增強型（單管）有源負(fù)載將D、G短接（N溝道），電路如圖58（二）耗盡型（單管）有源負(fù)載：將G、S短接（n溝道），電路如圖:R0R0等效電路如圖顯然，與增強型MOS有源負(fù)載相比，它具有更高的R0G,S間電壓為0此時G,S間沒有電流源（二）耗盡型（單管）有源負(fù)載：將G、S短接（n溝道），電路59第五節(jié)MOS管電流源一、MOS電流源（一）、MOS鏡像電流源（電路如圖）T1、T2均工作在恒流區(qū)第五節(jié)MOS管電流源一、MOS電流源（一）、MOS鏡像60若T1、T2結(jié)構(gòu)對稱：則溝道的寬長比=1。得：

Io=IR成鏡像關(guān)系因為UGS1=UGS2,UGS,th1=UGS,th2,IG=0所以2211021LWLWRDDIIII==若T1、T2結(jié)構(gòu)對稱：因為UGS1=UGS2,UGS61（二）、具有多路輸出的幾何比例電流源若T1、T2結(jié)構(gòu)不對稱：則I02與IR成比例，比例系數(shù)為溝道的寬長比之比。設(shè)T1、T2、T3管的溝道寬長比分別為ST1、ST2、ST3，則有:（電路如圖）由（一）可知:同時也有（二）、具有多路輸出的幾何比例電流源若T1、T2結(jié)構(gòu)不對稱：62第六節(jié)MOS單級放大電路有源負(fù)載的共源MOS放大器常見的電路形式有：1.E/E型NMOS放大器：放大管和負(fù)載管均為N溝道增強型（E型）的共源放大器。2.

E/D型NMOS放大器：放大管用增強型（E型），負(fù)載管用耗盡型（D型），兩管均為N溝的共源放大器。3.CMOS有源負(fù)載放大器：是由增強型NMOS管（放大），和增強型PMOS（有源負(fù)載）組成的放大器。4.

CMOS互補放大電路：采用極性不同（P、N溝道）的兩只MOS管構(gòu)成互補電路。第六節(jié)MOS單級放大電路有源負(fù)載的共源MOS放大器常見的電63（一）、E/E型NMOS放大器電路如圖：（T1為放大管,T2為負(fù)載管）（RO2=1/(gm2+gmb2)為T2管的等效電阻）。電壓增益:此時襯底接地不考慮襯底效應(yīng)等效電路：（一）、E/E型NMOS放大器電路如圖：（T1為放大管,T64特點：1.由于ST1、ST2受工藝限制不能隨意增加，AUE只能達(dá)到5-10倍（較?。?。2.輸入電阻很高，一般可達(dá)1010輸入電阻：Ri>1010

輸出電阻：Ro=rds//RO2特點：輸入電阻：Ri>1010輸出電阻：Ro=rds//65（二）、E/D型NMOS放大器1.電路如圖:(T1為放大管，T2為負(fù)載管)2.等效電路如圖:（RO2=1/gmb2為T2管的等效電阻）電壓增益:（二）、E/D型NMOS放大器1.電路如圖:(T1為放大管66輸入電阻：Ri>1010輸出電阻：Ro=rds//Ro2特點：1.增益高，因2為0.1左右，故AUD比AUE高一個數(shù)量級。（常用）2.輸入電阻為T1的柵源絕緣電阻，很高，一般可達(dá)10103.輸出電阻比E/E型放大器高。E/E型輸入電阻：Ri>1010輸出電阻：Ro=rds//Ro267（三）、CMOS放大器電路如圖:(B、S短接即UBS=0;UGS=0)等效電路如圖:(T2管的等效負(fù)載Ro2=rds)電壓增益：

AU=-gm1(rds1//rds2)（三）、CMOS放大器電路如圖:(B、S短接即UBS68優(yōu)點：1.增益高，gds比gm或gmb小1~2個數(shù)量級，故在同樣工作電流條件下，AU遠(yuǎn)高于AUE、AUD--幾百倍乃至上千倍）。2.功耗小，在恒流區(qū)輸入電阻：Ri>1010輸出電阻：缺點：輸出電阻比E/E型和E/D型高，負(fù)載能力較E/E型和E/D型差?？梢?，在恒流區(qū)，ID越小，AU越高。所以，CMOS放大器可在較低的電流下工作，有利于降低功耗。優(yōu)點：2.功耗小，在恒流區(qū)輸入電阻：Ri>1010輸出電69（四）、CMOS互補放大器電路如圖：等效電路如圖：電壓增益：輸入電阻：Ri>1010

輸出電阻：增益高，是CMOS有源負(fù)載放大器的2倍。

缺點：級聯(lián)時電平匹配困難，因此一般作輸出級。特點：（四）、CMOS互補放大器電路如圖：等效電路如圖：電壓增益：70四種常用MOS單級放大器性能比較電路類型增益表達(dá)式AU典型值輸出電阻Ro表達(dá)式E/E型NMOS放大電路<20dB>30dBCMOS有源負(fù)載放大電路30～60dBCMOS互補放大電路31～66dBE/D型NMOS放大電路四種常用MOS單級放大器性能比較電路類型增益AU典型值輸出電71第七節(jié)MOS管差分放大電路MOS管差分放大電路的基本形式：1.E/E型NMOS差放電路2.E/D型NMOS差放電路3.CMOS差放電路CMOS差放電路E/D型NMOS差放電路E/E型NMOS差放電路第七節(jié)MOS管差分放大電路MOS管差分放大電路的基本形式：72MOS管差分放大電路的分析利用分析雙極型差分放大電路相類似的方法－半邊電路法以E/D型NMOS差放電路為例E/D型NMOS差放電路雙端輸出差模電壓增益：單端輸出差模電壓增益：

單端輸出共模電壓增益：共摸抑制比:MOS管差分放大電路的分析利用分析雙極型差分放大電路相類似的73第八節(jié)CMOS管功率放大電路CMOS互補功率放大電路如圖：對比雙極型甲乙類功放電路說明其工作原理。T1、T2為互補源極跟隨器；T3、T4的柵源電壓UGS為T1、T2提供直流偏壓，使T1、T2兩管工作在甲乙類狀態(tài)；T5與T6組成CMOS推動電路，T5是放大管，T6是T5的有源負(fù)載。

第八節(jié)CMOS管功率放大電路CMOS互補功率放大電路如圖：74第九節(jié)MOS模擬開關(guān)及開關(guān)電容電路在模擬集成電路中，MOS管可做為：

1.增益器件；2.有源負(fù)載；3.模擬開關(guān)(接近于理想開關(guān))做成的模擬開關(guān)近于理想開關(guān)，主要是它有以下特性：

1.器件接通時D-S間不存在固有的直流漂移。2.控制