工业制造学院测控系模拟部分电子技术基础-OK.PPT

例5.2.1 电路如图5.2.1b所示，设Rg1=60k?，Rg2=40k?，Rd=15k?，VDD=5V， VT=1V， ，试计算电路的静态漏极 电流IDQ和漏源电压VDSQ 。 解： 根据电路图可得 由于VGSQVT，因此NMOS管工作在可变电阻区或饱和区。 假设工作在饱和区，则有 满足 假设成立，结果即为所求。 N沟道增强型MOS管电路直流计算步骤如下： 设MOS管工作在饱和区，则需符合下列条件： 利用饱和区的电流﹣电压关系曲线分析电路； 若VGSQVT，则MOS管可能截止；若VDSQ(VGSQ-VT)，则MOS管可能工作在可变电阻区； 若前面假设不成立，必须做出新的假设，并重新分析。 P沟道MOS管电路的分析与N沟道类似，但需注意其电源极性和电流方向不同。 (2)带源极电阻的NMOS共源极放大电路 如图5.2.2所示为带源极电阻的NMOS共源极放大电路。 根据电路可得，栅源电压VGS为： 当NMOS工作在饱和区： 需要验证是否满足 注意：与BJT电路类似，在MOS管接入源极电阻，也具有稳定静态工作点的作用，并且现在很多MOS管用电流源取代源极电阻。 例5.2.2 电路如图5.2.2所示，设MOS管的参数为VT=1V， 。电路参数为VDD=5V，﹣VSS=﹣5V， Rd=10kΩ，R=0.5kΩ，ID=0.5mA。若流过Rg1、Rg2的电流为ID的1/10，试确定Rg1和Rg2的值。 解： 设MOS管工作在饱和区，则 代入已知参数可解得 由于流过Rg1、Rg2的电流为ID的1/10，则 经验证，前面假设正确。 2. 图解分析 图5.2.4所示的共源极放大电路采用N沟道增强型MOS管。 图中VGGVT，VDD足够大使MOS管工作在饱和区。 Rd的作用： 将漏极电流iD的变化，转换成电压vDS的变化，从而实现电压放大。 由该电路可知： 静态栅源电压为 (vi=0) 由此可根据vDS=VDD﹣iDRd，在MOS管的输出特性曲线上作出负载线，如图5.2.5所示。 负载线与vGS=VGG对应的那条曲线的交点即为该电路的静态工作点Q。 当vi≠0时，则有： vgs为加在栅源上的电压变化量 相应地有 通常vdsvgs=vi，从而实现了电压放大。 注意该电路由于负载开路，因而交流和直流负载线相同。 3. 小信号模型分析 对小信号而言，MOS管工作在饱和区时，与BJT一样可看作一双端口网络，即栅源极看成输入口，漏源极看成输出口。 但需注意，以增强型NMOS为例，其栅极电流为零，栅源间只有电压vGS存在。 假设在饱和区，iD不随vDS变化，则饱和区的漏极电流为： 静态漏极电流 漏极信号电流 非线性失真项 为避免信号失真，要求式中第三项远小于第二项，即 该式为线性MOS放大电路必须满足的小信号条件 忽略第三项，可得 NMOS管iG=0，栅源间可看成开路 共源极NMOS管低频小信号模型建立： 共源极NMOS管高频小信号模型建立： 源极与衬底相连Vbs=0 例5.2.4 电路如图5.2.4所示，设VDD=5V，Rd=3.9kΩ，VGS=2V。场效应管的参数为VT=1V，Kn=0.8mA/V2，λ=0.02V﹣1。当MOS管工作于饱和区，试确定电路的小信号电压增益。 解： (1)求静态值 由于VGS﹣VT=1VVDS，因此MOS管确实工作与饱和区。 (2)求FET的互导和输出电阻 (3)求电压增益 由小信号电路可得 故 可见与BJT放大电路相比，MOS管放大电路的电压增益较低。另外共源电路也属倒相电压放大电路。 例5.2.5 电路如图5.2.2所示， MOS管的参数为VT=1V，Kn=0.05μA/V2, λ=0。电路参数为VDD=5V,﹣VSS=﹣5V，Rd=10kΩ，R=0.5kΩ，Rg1=150kΩ，Rg2=47kΩ，RS=4kΩ。试确定电路的电压增益、源电压增益、输入电阻和输出电阻。 解： 例5.2.2的直流分析已求得 从而可求得小信号低频互导为 由 由此可画出该电路的小信号模型电路如图5.2.9所示。 由小信号模型电路可得： 故电压增益为： 输入电阻为 输出电阻为 源电压增益为 例5.2.6 电路如图5.2.10a所示，设耦合电容对信号频率可视为交流短路，场效应管工作在饱和区，rds很大，可忽略。试画出其小信号等效电路，求其输入电阻、小信号电压增益、源电压小信号电压增益和输出电阻。 解： 由电路图可画出如图5.2.10b所示的小信号等效电路。 显然，这是一个共漏极放大电路。 由小信号等效电路可得： 由上面分析结果可得： 以上两式表明，共漏极放大电路的电压增益1，但接近于1，这与BJT射极跟随器一样，因此又称为源极跟随器。 求输出电阻的方法与BJT电路类似，如图5.2.11所示。 由图中可得： 从而有 故 5.3 结型场效应