低頻第4章(MOS1)

1、3-33單電源供電的單電源供電的OTL電路如題電路如題3-33圖所示。假定負(fù)載為圖所示。假定負(fù)載為8 ，要求最大輸出功率要求最大輸出功率Pomax=10W，試回答：，試回答：（1）電源電壓）電源電壓UCC?（2）直流電源供給功率）直流電源供給功率PDC=?（3）管子的擊穿電壓）管子的擊穿電壓BUCEO?（4）管子的最大允許功耗）管子的最大允許功耗PCM?（5）放大電路功率轉(zhuǎn)換效率）放大電路功率轉(zhuǎn)換效率 =？（6）電容）電容C2承受的直流電壓為多少？調(diào)什么元件值，可改承受的直流電壓為多少？調(diào)什么元件值，可改變變UC2的直流電壓？的直流電壓？（8）若有交越失真，應(yīng)調(diào)什么元件？）若有交越失真，應(yīng)調(diào)什

2、么元件？（9）如果）如果R2或或D斷開，管子斷開，管子T1、T2會有什么危險？會有什么危險？ VRPUCC65.1228102222Lomax T1 T2 R1 D RL 8 Ui Uo +UCC + 題 333 圖 R2 R3 C1 C2 WUPccDC7 .12865.1228222BUCEOUCC =25.3VWPPPWUPPCDCoCCCM10%5 .780 . 28265.122 . 08222 . 02 . 0max22maxUC2=12.65V 第四章第四章 MOSMOS模擬集成電路的基本單元電路模擬集成電路的基本單元電路第一節(jié)第一節(jié) MOSMOS場效應(yīng)管的特點場效應(yīng)管的特點與雙

3、極型晶體管相比，與雙極型晶體管相比，MOS場效應(yīng)管具有以下主要特點：場效應(yīng)管具有以下主要特點：（1）MOS場效應(yīng)管是一種電壓控制器件；場效應(yīng)管是一種電壓控制器件；iD受受uGS的控制。的控制。（2）MOS場效應(yīng)管是單極型器件，溫度穩(wěn)定性好，抗輻射場效應(yīng)管是單極型器件，溫度穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)。能力強(qiáng)。（3）輸入電阻極高，一般高達(dá)輸入電阻極高，一般高達(dá)1010 1012 。（4）MOS場效應(yīng)管所占芯片面積小、功耗很小，且制造工場效應(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。藝簡單，因此便于集成。（5）因）因MOS場效應(yīng)管既有場效應(yīng)管既有N溝道和溝道和P溝道器件之分，又有增溝道器

4、件之分，又有增強(qiáng)型和耗盡型之別，所以它們對偏壓極性有不同要求，這一點強(qiáng)型和耗盡型之別，所以它們對偏壓極性有不同要求，這一點與雙極型器件是不完全相同的。與雙極型器件是不完全相同的。雙雙極極型型三三極極管管場場效效應(yīng)應(yīng)管管結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)NPN 型型PNP 型型C 與與 E 一一般般不不可可倒倒置置使使用用結(jié)結(jié)型型耗耗盡盡型型 N 溝溝道道 P 溝溝道道絕絕緣緣柵柵增增強(qiáng)強(qiáng)型型 N 溝溝道道 P 溝溝道道絕絕緣緣柵柵耗耗盡盡型型 N 溝溝道道 P 溝溝道道D 與與 S 有有的的型型號號可可倒倒置置使使用用載載流流子子多多子子擴(kuò)擴(kuò)散散少少子子漂漂移移多多子子漂漂移移輸輸入入量量電電流流輸輸入入電電壓壓輸輸入

5、入控控制制電電流流控控制制電電流流源源 CCCS() 電電壓壓控控制制電電流流源源 VCCS(gm)雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較雙雙極極型型三三極極管管場場效效應(yīng)應(yīng)管管噪噪聲聲較較大大較較小小溫溫度度特特性性受受溫溫度度影影響響較較大大較較小小，有有零零溫溫度度系系數(shù)數(shù)點點輸輸入入電電阻阻幾幾十十歐歐姆姆幾幾千千歐歐姆姆 幾幾兆兆歐歐姆姆以以上上靜靜電電影影響響不不受受靜靜電電影影響響易易受受靜靜電電影影響響集集成成工工藝藝不不易易大大規(guī)規(guī)模模集集成成適適宜宜大大、超超大大規(guī)規(guī)模模集集成成雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較( (續(xù)續(xù)) ) 第二

6、節(jié)第二節(jié) MOSMOS場效應(yīng)管的模型場效應(yīng)管的模型1.1.低頻交流小信號模型：低頻交流小信號模型：Ugs+-gm Ugs1/gds +-Ugs+Id簡化的低頻小信號模型簡化的低頻小信號模型（ dUBS=0）一一 場效應(yīng)管的偏置電路場效應(yīng)管的偏置電路（一）（一）自給偏置電路自給偏置電路：(1). UGS = 0時：時： IS = IDRS兩端電壓為：兩端電壓為：US = IS RS(2). 由于由于 IG=0; UG =0: UGS = -IS RS = -ID RS 由此構(gòu)成直流偏壓，所以稱為自給偏壓式。由此構(gòu)成直流偏壓，所以稱為自給偏壓式。1.基本型自給偏置電路基本型自給偏置電路：基本型自給

7、偏置電路基本型自給偏置電路第三節(jié)第三節(jié) 場效應(yīng)管的基本放大電路場效應(yīng)管的基本放大電路2 2. .改進(jìn)型自給偏置電路改進(jìn)型自給偏置電路：上述電路中上述電路中RS起直流反饋作用起直流反饋作用，RS大，大，Q穩(wěn)定；穩(wěn)定； 但但RS大大Q點低。點低。問題：問題：Q點低不僅使點低不僅使A ，且由于接近夾斷，非線性失真加大。，且由于接近夾斷，非線性失真加大。(1). 由由R1 = R2分壓，給分壓，給RG一個固定偏壓。一個固定偏壓。RG很大以減小對輸入電阻的影響。很大以減小對輸入電阻的影響。(2).對于耗盡型對于耗盡型FET： UGS = EDR2 /(R1 + R2) -ID RS 此時此時 RS大大Q

8、點不會低。（反饋調(diào)節(jié)）點不會低。（反饋調(diào)節(jié)）顯然對于顯然對于JFET,當(dāng)當(dāng)|US | |UG|時，放大器具有正確的偏壓。時，放大器具有正確的偏壓。改進(jìn)型自給偏置電路改進(jìn)型自給偏置電路ID= IDSS1(UGS /Up)2（二）外加偏置電路：（二）外加偏置電路：外加偏置電路外加偏置電路對于增強(qiáng)型對于增強(qiáng)型MOSFET: UGS = 0時：時： ID =0(1). 此時靠外加偏壓：此時靠外加偏壓：UGS = EDRL /(R1 + R2)RG很大以減小對輸入很大以減小對輸入電阻的影響。電阻的影響。(2). 改進(jìn)型外加偏壓：改進(jìn)型外加偏壓：UGS = EDRL /(R1 + R2) -ID RS對于

9、對于JFET,須保證須保證|US | |UG|時，放大器具有正確的偏壓。時，放大器具有正確的偏壓。耗盡型以自給偏壓為主耗盡型以自給偏壓為主UG=UDDR2/(R1+R2)UGS= UGUS= UGIDR ID= IDSS1(UGS /Up)2 UDS= UDDID(Rd+R) 共源基本放大共源基本放大 電路的直流通道電路的直流通道根據(jù)圖可寫出下列方程：根據(jù)圖可寫出下列方程：于是可以解出于是可以解出UGS、ID和和UDS。二二 三種基本放大電路三種基本放大電路（一）（一） 共源組態(tài)基本放大器共源組態(tài)基本放大器(1)(1)直流分析直流分析二二 三種基本放大電路三種基本放大電路結(jié)型共源放大器電路結(jié)型

10、共源放大器電路電壓增益為電壓增益為:1.未接未接CS時時:等效電路如圖等效電路如圖:一般一般 rds RD RL RS;rds可忽略?？珊雎?。;1smDmsgsmgsDgsmioURgRgRUgURUgUUALsDRRR 式中：(2)(2)交流分析交流分析放大器的輸入電阻為放大器的輸入電阻為:放大器的輸出電阻為放大器的輸出電阻為:ri=RG+(R1/ R2) RGro RD2 . 接入接入CS時時:Ugs-gm Ugsrds +-Uo+GUiRDRLR1RGR2SDri ro AU - gm RDri=RG+(R1/ R2) RGro =RD / rds RD( (四四) )三種接法基本放大電

11、路的比較三種接法基本放大電路的比較三種基本放大電路的比較如下三種基本放大電路的比較如下組態(tài)對應(yīng)關(guān)系組態(tài)對應(yīng)關(guān)系 CE / CB / CCCE / CB / CC CS / CG / CDCS / CG / CDieLULieLUieLU +=CB1 )1 ( =CC -=CEhRhARhhRhAhRhAfefefefe：DmUsmsmUsmDmU+=CG1 1 =CD 1 =CSRgARgRgARgRgA：電壓增益電壓增益三種基本放大電路的比較如下三種基本放大電路的比較如下組態(tài)對應(yīng)關(guān)系組態(tài)對應(yīng)關(guān)系 CE / CB / CCCE / CB / CC CS / CG / CDCS / CG / C

12、D輸入電阻輸入電阻Ri )+/1/( CB: CC:CE:ieehfehRCS：RGCD：RGCG：Rs/(1/gm)ieb/hR )1 (/LiebRhhRfe三種基本放大電路的比較如下三種基本放大電路的比較如下組態(tài)對應(yīng)關(guān)系組態(tài)對應(yīng)關(guān)系 CE / CB / CCCE / CB / CC CS / CG / CDCS / CG / CD輸出電阻輸出電阻Ro cfes/bieec CB)1+/( CCCERhRRhRR：CS：rds / RDCD：Rs/(1/gm)CG：RD表表3-3 FET 3-3 FET 三種組態(tài)性能比較三種組態(tài)性能比較參數(shù)參數(shù)組態(tài)組態(tài)AUSriro共源共源（有（有 Cs）

13、高高(-15)高高(5M )較高較高(9.9k )共漏共漏低低(0.94)高高(5M )低低(0.63k )共柵共柵高高(15)低低(0.67k ) 較高較高(9.9k )以上表格中參數(shù)是在下列條件以上表格中參數(shù)是在下列條件下求得的：下求得的：gm = 1.5mA; rds = 100k RD = Rs = 10k ；RG= 5M 2.2.高頻等效電路：高頻等效電路：FET高頻微變等效電路（高頻微變等效電路（ dUBS=0）UgsGSgm Ugs1/gds DSUgsIdCdsCgs步驟：步驟：1 1、中頻電壓增益：、中頻電壓增益：LDDDmGgGUSRRRRgRRRA/),(2 2、求極點：

14、、求極點：,)/(11iGghCRR) 1 (LmgdgsiRgCCC,)/(12oLDdshCRRrgdLmLmdsoCRgRgCC13 3、寫出高頻增益函數(shù)、寫出高頻增益函數(shù))1)(1()(21hhUSUSjjAjA 2、共源放大電路的高頻響應(yīng)、共源放大電路的高頻響應(yīng) 圖圖 高頻段微變等效電路高頻段微變等效電路圖 共源放大器第四節(jié)第四節(jié) MOSMOS模擬開關(guān)及開關(guān)電容電路模擬開關(guān)及開關(guān)電容電路在模擬集成電路中，在模擬集成電路中，MOS管可做為：管可做為： 1.增益器件；增益器件； 2.有源負(fù)載；有源負(fù)載； 3.模擬開關(guān)模擬開關(guān)(接近于理想開關(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

15、是它有以下特性：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.器件接通時器件接通時D-S間不存在固有的直流漂移。（無反向電流）間不存在固有的直流漂移。（無反向電流） 2.控制端控制端G與信號通路是絕緣的，控制通路與信號通路之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。間無直流電流。從開關(guān)應(yīng)用角度講，從開關(guān)應(yīng)用角度講，NMOS優(yōu)于優(yōu)于PMOS，所以通常選用，所以通常選用NMOS管做模擬開關(guān)。管做模擬開關(guān)。一、單管一、單管 MOSMOS傳輸門模擬開關(guān)傳輸門模擬開關(guān)1.增強(qiáng)型單管增強(qiáng)型單管MOS模擬開關(guān)電路模擬開關(guān)電路GSBCLRLUoUiSDBGCGSCSBCGDCDBKR0n

16、KUGUT時管子導(dǎo)通（時管子導(dǎo)通（Ron 0）。）。 可近似等效為理想開關(guān)（如圖）可近似等效為理想開關(guān)（如圖）實際應(yīng)用時，實際應(yīng)用時，MOS管并非理想開關(guān)。管并非理想開關(guān)。（1）極間電容）極間電容CGS、CGD、CSB、CDB存在存在（2）Roff , Ron 0TGSLWoxnUUConR1UGS Ron ，但，但CGSCGD串?dāng)_串?dāng)_ ，所以應(yīng)適當(dāng)選擇，所以應(yīng)適當(dāng)選擇UGSLWRon ，但極間電容，但極間電容 ，所以應(yīng)適當(dāng)選擇，所以應(yīng)適當(dāng)選擇LW結(jié)論：結(jié)論：保證保證MOSMOS模擬開關(guān)正常工作的條件模擬開關(guān)正常工作的條件MOSMOS開關(guān)的正常工作受限于與開關(guān)連接的電容值，開關(guān)的正常工作受限于

17、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。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：保證開關(guān)工作的條件為：開關(guān)工作頻率開關(guān)工作頻率 時鐘控制頻率（柵極控制電壓時鐘控制頻率（柵極控制電壓的頻率）的頻率）二、開關(guān)電容電路（簡稱二、開關(guān)電容電路（簡稱SCSC電路）電路）開關(guān)電容電路的組成：開關(guān)電容電路的組成：由模擬開關(guān)和由模擬開關(guān)和MOS電容組成。電容組成。開關(guān)電容電路的功能：開關(guān)電容電路的功能：在時鐘信號的控制下完成電荷的存儲和在時鐘信號的控制下完成電荷的存儲和 轉(zhuǎn)移。它與運放等基本電路組合起來可轉(zhuǎn)移。它與運放等基本電路組合起來可 實現(xiàn)多種功能。實現(xiàn)多種功能。幾種

18、常用的基本幾種常用的基本SC電路電路:1.SC等效電阻電路，分為等效電阻電路，分為（1）并聯(lián)型）并聯(lián)型SC等效電阻電路，等效電阻電路，（2）串聯(lián)型）串聯(lián)型SC等效電阻電路，等效電阻電路，2.SC積分器（簡稱積分器（簡稱SCI）3.SC低通濾波器低通濾波器（一）、（一）、SCSC等效電阻電路等效電阻電路1.并聯(lián)型并聯(lián)型SC等效電阻電路，（如圖）等效電阻電路，（如圖）/ ttTc（1）要求：）要求： 、 / 同頻、反相、等幅同頻、反相、等幅 且不重疊。波形如圖且不重疊。波形如圖（2）工作原理）工作原理當(dāng)當(dāng) 為高電平時，為高電平時，N1通、通、N2止，止，C接到接到U1得到充電電荷得到充電電荷Q1=

19、CU1當(dāng)當(dāng)/ 為高電平時，為高電平時，N1止、止、N2通，通，C接到接到U2，C端端電荷電荷Q2=CU2因此，在時鐘因此，在時鐘Tc內(nèi)，從內(nèi)，從U1向向U2傳傳輸輸 的電荷為的電荷為 Q=Q1-Q2=C(U1-U2)N1N2U2U1 / CRU1U2因此，在時鐘因此，在時鐘Tc內(nèi)，從內(nèi)，從U1向向U2傳輸傳輸 的電荷為：的電荷為： Q=Q1-Q2=C(U1-U2)從從U1流向流向U2的平均電流為：的平均電流為：I= Q/TC=C(U1-U2)/TC等效電阻為：等效電阻為： R= (U1-U2)/I=TC/C=1/fcC注意：注意：等效電阻等效電阻R代替常規(guī)電阻必須滿足以下條件代替常規(guī)電阻必須滿

20、足以下條件1. fC遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于fS2. U1、U2 不受開關(guān)閉合的影響。不受開關(guān)閉合的影響。N1N2U2U1 / CRU1U2工作原理工作原理在時鐘在時鐘Tc內(nèi)，從內(nèi)，從U1向向U2傳輸傳輸 的電荷為：的電荷為： Q=Q1-Q2=C(U1-U2)等效電阻也為：等效電阻也為： R= (U1-U2)/I=TC/C=1/fcC2.串聯(lián)型串聯(lián)型SC等效電阻電路，（如圖）等效電阻電路，（如圖）當(dāng)當(dāng) 為高電平時，為高電平時，N1通、通、N2止，止，C上儲存的上儲存的電荷量電荷量Q1=C（U1-U2)當(dāng)當(dāng)/ 為高電平時，為高電平時，N1止、止、N2通，通，C上儲存的上儲存的電荷量電荷量Q2=0與并聯(lián)型與并

21、聯(lián)型SC等效電阻電路等效電阻電路的的 Q相同，相同，二、二、 SCSC積分器（簡稱積分器（簡稱SCISCI） / UiCC1UoUiCUoR已知已知RC有源積分器電路如圖：有源積分器電路如圖：用用SC等效電阻代替圖中的等效電阻代替圖中的R。即得到即得到SC積分器。積分器。 dttUtUtiCCfc10在集成電路中很難獲得精確的電容，在集成電路中很難獲得精確的電容，但易獲得精確地電容比。但易獲得精確地電容比。所以所以SCI有較高的精度。有較高的精度。 dttUtUtiRC10（三）、（三）、SCSC低通濾波器低通濾波器R1CUiUcR1CR2RfUiUcU01.RC無源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的低通濾波器電路如

22、圖無源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的低通濾波器電路如圖:011111jCRjjUjUjAicu其中其中， 0=1/R1C 稱稱低通截止頻率。低通截止頻率。2.有源一階低通濾波器電路如圖有源一階低通濾波器電路如圖其傳輸函數(shù)：其傳輸函數(shù)：20111RRjjAfu（一）、（一）、SCSC等效電阻電路等效電阻電路1.并聯(lián)型并聯(lián)型SC等效電阻電路，（如圖）等效電阻電路，（如圖）/ ttTc（1）要求：）要求： 、 / 同頻、反相、等幅同頻、反相、等幅 且不重疊。波形如圖且不重疊。波形如圖（2）工作原理）工作原理當(dāng)當(dāng) 為高電平時，為高電平時，N1通、通、N2止，止，C接到接到U1得到充電電荷得到充電電荷Q1=CU1當(dāng)當(dāng)/ 為

23、高電平時，為高電平時，N1止、止、N2通，通，C接到接到U2，C端端電荷電荷Q2=CU2因此，在時鐘因此，在時鐘Tc內(nèi)，從內(nèi)，從U1向向U2傳輸傳輸 的電荷為的電荷為 Q=Q1-Q2=C(U1-U2)N1N2U2U1 / CRU1U2因此，在時鐘因此，在時鐘Tc內(nèi)，從內(nèi)，從U1向向U2傳輸傳輸 的電荷為：的電荷為： Q=Q1-Q2=C(U1-U2)從從U1流向流向U2的平均電流為：的平均電流為：I= Q/TC=C(U1-U2)/TC等效電阻為：等效電阻為： R= (U1-U2)/I=TC/C=1/fcC注意：注意：等效電阻等效電阻R代替常規(guī)電阻必須滿足以下條件代替常規(guī)電阻必須滿足以下條件1.

24、采樣頻率采樣頻率fC （時鐘頻率）（時鐘頻率）遠(yuǎn)大于信號頻率遠(yuǎn)大于信號頻率fS 2. U1、U2 不受開關(guān)閉合的影響。不受開關(guān)閉合的影響。N1N2U2U1 / CRU1U2工作原理工作原理在時鐘在時鐘Tc內(nèi)，從內(nèi)，從U1向向U2傳輸傳輸 的電荷為：的電荷為： Q=Q1-Q2=C(U1-U2)等效電阻也為等效電阻也為： R= (U1-U2)/I=TC/C=1/fcC2.串聯(lián)型串聯(lián)型SC等效電阻電路，（如圖）等效電阻電路，（如圖）當(dāng)當(dāng) 為高電平時，為高電平時，N1通、通、N2止，止，C上儲存的上儲存的電荷量電荷量Q1=C（U1-U2)當(dāng)當(dāng)/ 為高電平時，為高電平時，N1止、止、N2通，通，C上儲存

25、的上儲存的電荷量電荷量Q2=0與并聯(lián)型與并聯(lián)型SC等效電阻電路等效電阻電路的的 Q相同，相同，二、二、 SCSC積分器（簡稱積分器（簡稱SCISCI） / UiCC1UoUiCUoR已知已知RC有源積分器電路如圖：有源積分器電路如圖：用用SC等效電阻代替圖中的等效電阻代替圖中的R。即得到即得到SC積分器。積分器。 dttUtUtiCCfc10在集成電路中很難獲得精確的電容，在集成電路中很難獲得精確的電容，但易獲得精確地電容比。但易獲得精確地電容比。所以所以SCI有較高的精度。有較高的精度。 dttUtUtiRC10（三）、（三）、SCSC低通濾波器低通濾波器R1CUiUcR1CR2RfUiUc

26、U01.RC無源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的低通濾波器電路如圖無源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的低通濾波器電路如圖:011111jCRjjUjUuicjA其中其中， 0=1/R1C 稱稱低通截止頻率。低通截止頻率。2.有源一階低通濾波器電路如圖有源一階低通濾波器電路如圖其傳輸函數(shù)：其傳輸函數(shù)：20111RRjufjA第四節(jié) MOSMOS管恒流源負(fù)載管恒流源負(fù)載有源負(fù)載：有源負(fù)載：用于代替高阻值電阻的電流源。用于代替高阻值電阻的電流源。在大規(guī)模集成電路中，襯底一般不與源極相接，因此必須在大規(guī)模集成電路中，襯底一般不與源極相接，因此必須考慮襯底對電路的影響，即襯底效應(yīng)：考慮襯底對電路的影響，即襯底效應(yīng)：襯底的跨導(dǎo)：襯底的跨導(dǎo)：00DS

27、GSBSDmb;dUdUUIg00DSBSGSDm;dUdUUIg管子的跨導(dǎo)：管子的跨導(dǎo)：mmbgg 處理方法：處理方法：畫交流等效電路時，襯底畫交流等效電路時，襯底B接交流地。接交流地?？鐚?dǎo)比跨導(dǎo)比UDDBSD.G.BSgmUGSgmbUBSrDSI0U0（一）增強(qiáng)型（單管）有源負(fù)載（一）增強(qiáng)型（單管）有源負(fù)載將將D、G短接（短接（N溝道），電路如圖：溝道），電路如圖：R0R0等效電路如圖：等效電路如圖：00000UgUgUgUIURdSbSmbGSmmmbmdSmbmgggggg1111顯然：適當(dāng)減小顯然：適當(dāng)減小gm(或或 ) 可提高可提高R0 。G.S（二）耗盡型（二）耗盡型 （單管）

28、有源負(fù)載：（單管）有源負(fù)載：將將G、S短接（短接（n溝道），電路如圖溝道），電路如圖:R0R0等效電路如圖等效電路如圖00000UgUgUIUdSbSmbRmbdSmbggg11顯然，與增強(qiáng)型顯然，與增強(qiáng)型MOS有源負(fù)載有源負(fù)載相比，它具有更高的相比，它具有更高的R0G,S間間電壓為電壓為 0此時此時G,S間間沒有電流源沒有電流源第五節(jié) MOS管電流源一、一、MOS 電流源電流源（一）、（一）、 MOS鏡像電流源（電路如圖）鏡像電流源（電路如圖）T1T2EIrI0T1、T2均工作在恒流區(qū)均工作在恒流區(qū)2222222TGSLWCDUUIoxn2112111TGSLWCDUUIoxnT!T2EIr

29、I0若若T1、T2結(jié)構(gòu)對稱：結(jié)構(gòu)對稱：則溝道的寬長比則溝道的寬長比=1。得：得： Io=Ir 成鏡像關(guān)系成鏡像關(guān)系2211021LWLWrDDIIII因為因為UGS1=UGS2, UT1=UT2, IG=0所以所以（二）、具有多路輸出的比例電流源（二）、具有多路輸出的比例電流源若若T1、T2結(jié)構(gòu)不對稱：結(jié)構(gòu)不對稱：則則I02與與Ir成比例，比例系數(shù)成比例，比例系數(shù)為溝道的寬長比之比。為溝道的寬長比之比。設(shè)設(shè)T1、T2、T3管的溝道寬長管的溝道寬長比分別為比分別為ST1、ST2、ST3，則有則有:I02I03T3rSSIITT1202rSSIITT1303（電路如圖）（電路如圖） 由（一）可知由

30、（一）可知:第六節(jié) MOSMOS單級放大電路單級放大電路有源負(fù)載的共源有源負(fù)載的共源MOS放大器常見的電路形式有：放大器常見的電路形式有：1.E/E型型NMOS放大器放大器：放大管和負(fù)載管均為放大管和負(fù)載管均為N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 （E型）的共源放大器。型）的共源放大器。2. E/D型型NMOS放大器放大器：放大管用增強(qiáng)型（放大管用增強(qiáng)型（E型）型） ，負(fù)載管，負(fù)載管 用耗盡型（用耗盡型（D型），兩管均為型），兩管均為N溝的共源放大器。溝的共源放大器。3.CMOS有源負(fù)載放大器：有源負(fù)載放大器：是由增強(qiáng)型是由增強(qiáng)型NMOS管（放大），和管（放大），和 增強(qiáng)型增強(qiáng)型PMOS （有源負(fù)載）組成的

31、放大器。（有源負(fù)載）組成的放大器。4. CMOS互補(bǔ)放大電路互補(bǔ)放大電路：采用極性不同（采用極性不同（P、N溝道）的兩只溝道）的兩只MOS管構(gòu)成互補(bǔ)電路。管構(gòu)成互補(bǔ)電路。（一）、E/E型NMOSMOS放大器放大器電路如圖電路如圖 ：（：（N1為放大管為放大管,N2為負(fù)載管）為負(fù)載管）（RL2=1/gmb2為為N2管的等效電阻管的等效電阻）。）。N1N2UDDUiUo電壓增益電壓增益:221221121mmmbmmgggggLmUERgA21211NNSS此時襯底接地此時襯底接地不考慮襯底效應(yīng)不考慮襯底效應(yīng)等效電路：等效電路：特點：特點：1 .由于由于SN1、SN2受工藝限制不能隨意增加，受工藝

32、限制不能隨意增加，AUE只能達(dá)到只能達(dá)到510倍（較?。?。倍（較小）。2.輸入電阻很高，一般可達(dá)輸入電阻很高，一般可達(dá)1010 輸入電阻：輸入電阻：Ri1010 輸出電阻：輸出電阻：Ro=rds/RL22211mg2121211NNNNSSSSUEA溝道的溝道的寬長比寬長比（二）、E/D型NMOSMOS放大器放大器N1N2UDDUiUo1.電路如圖電路如圖: (N1為放大管，為放大管， N2為負(fù)載管為負(fù)載管)2.等效電路如圖等效電路如圖: （RL2=1/gmb2為為N2管的等效電阻）管的等效電阻）電壓增益電壓增益:21222121121NNmmmbmSSggggLmUDRgA輸入電阻：輸入電阻

33、：Ri1010 輸出電阻：輸出電阻：Ro=rds/RL2特點：特點：1.增益高，增益高，因因 2為為0.1左右，故左右，故AUD比比AUE高一個數(shù)量級。（常用）高一個數(shù)量級。（常用）22111mbmbdsggg2. 輸入電阻為輸入電阻為N1的柵源絕緣電阻，很高，一般可達(dá)的柵源絕緣電阻，很高，一般可達(dá)1010 3. 輸出電阻比輸出電阻比E/E型放大器高。型放大器高。21212UESSUDAANN2211mgoR（三）、CMOSCMOS放大器放大器電路如圖電路如圖 : (B、S短接即短接即UBS=0;UGS=0)等效電路如圖等效電路如圖 : (P2管的等效負(fù)載管的等效負(fù)載RL2=rds)rdS2電

34、壓增益：電壓增益： AUC=-gm1(rds1/rds2) =- gm1/(gds1+gds2)-USS特點：特點：1. 增益高，增益高，（g ds1+gds2 比比gm1小小12個數(shù)量級，故在個數(shù)量級，故在 同樣工作同樣工作電流條件下，電流條件下，AUC遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)高于AUE、AUD -幾百倍乃至上千倍幾百倍乃至上千倍）。2.在恒流區(qū)在恒流區(qū)，ID越小，越小，AUC越高。越高?？稍谳^低的電流下工作，有利于降低功耗?？稍谳^低的電流下工作，有利于降低功耗。輸入電阻：輸入電阻：Ri1010 輸出電阻：輸出電阻：Ro=rds1/rds2=1/（gds1+gds2）3.但輸出電阻比但輸出電阻比E/E型和型

35、和E/D型高。型高。rdS2AUC=- gm1/(gds1+gds2)（四）、CMOSCMOS互補(bǔ)放大器互補(bǔ)放大器電路如圖：電路如圖：等效電路如圖：等效電路如圖：gm1Ugs1gm2UGS2rds2電壓增益：電壓增益：AUC= - (gm1+ gm2) (rds1/rds2) = - (gm1 + gm2) /(gds1+gds2)輸入電阻：輸入電阻：Ri1010 輸出電阻：輸出電阻：Ro=rds1/rds2 =1/(gds1+gds2)-USS1. 增益高增益高 -是是CMOS有源負(fù)載放大器的有源負(fù)載放大器的2倍。倍。2. 輸出電阻與輸出電阻與CMOS有源負(fù)載放大器相同。有源負(fù)載放大器相同。

36、存在問題：存在問題： 級聯(lián)存在電平匹配困難，因此一般作輸出級。級聯(lián)存在電平匹配困難，因此一般作輸出級。特點：特點：二、5G14573CMOSMOS四運放電路四運放電路PoP1P2P3P4N1N2N3cR-UssUDDUoUi1Ui2123456789101112131415165G14573外形封裝如圖（含外形封裝如圖（含4個完全相同的運放）個完全相同的運放）(1/4) 5G14573運放電路如圖運放電路如圖(1/4)5G14573(1/4)5G14573運放電路分析運放電路分析PoP1P2P3P4N1N2N3cR-UssUDDUoUi1Ui2電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：偏置電路偏置電路差動輸入級差動

37、輸入級輸出級輸出級偏置電路：偏置電路：由由P0、P1、P2管組成比管組成比例電流源，參考電流例電流源，參考電流由由P0和和R提供。提供。差動輸入級：差動輸入級：由由P3、P4組成，組成，N1、N2為其有源負(fù)載，并為其有源負(fù)載，并實現(xiàn)雙實現(xiàn)雙-單端轉(zhuǎn)換。單端轉(zhuǎn)換。輸出級：輸出級：由由N3,P2構(gòu)成共源放大構(gòu)成共源放大器，器，P2為負(fù)載管，為負(fù)載管，C為密勒補(bǔ)償電容。為密勒補(bǔ)償電容。本章小結(jié)本章小結(jié)ljp:2.MOS集成電路的分類（集成電路的分類（NMOS、PNOS、CMOS、CMOS互補(bǔ)）互補(bǔ)）3.MOS器件作為有源負(fù)載（單管增強(qiáng)型、單管耗盡型、鏡像電流源）器件作為有源負(fù)載（單管增強(qiáng)型、單管耗盡

38、型、鏡像電流源）4.MOS器件作為開關(guān)的條件（開關(guān)工作頻率器件作為開關(guān)的條件（開關(guān)工作頻率時鐘控制頻率）時鐘控制頻率）5.MOS管作為放大器件，構(gòu)成放大器：管作為放大器件，構(gòu)成放大器：(1)E/E NMOS放大器放大器(2)E/D NMOS放大器放大器(3)CMOS放大器放大器(4) CMOS互補(bǔ)放大器互補(bǔ)放大器6.開關(guān)電容電路開關(guān)電容電路 （1）SC等效電阻電路等效電阻電路 （串聯(lián)型、并聯(lián)型）（串聯(lián)型、并聯(lián)型）（2）SC積分器積分器（3）SC低通濾波器低通濾波器1.分立元件的基本放大電路：分立元件的基本放大電路：CS、CD、CG第九節(jié)第九節(jié) MOSMOS模擬開關(guān)模擬開關(guān)在模擬集成電路中，在模

39、擬集成電路中，MOS管可做為：管可做為： 1.增益器件；增益器件； 2.有源負(fù)載；有源負(fù)載； 3.模擬開關(guān)（接近于理想開關(guān)）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：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.器件接通時器件接通時D-S間不存在固有的直流漂移。間不存在固有的直流漂移。 2.控制端控制端G與信號通路是絕緣的，控制通路與信號通路之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。間無直流電流。從開關(guān)應(yīng)用角度講，從開關(guān)應(yīng)用角度講，NMOS優(yōu)于優(yōu)于PMOS，所以通常選用，所以通常選用NMOS管做模擬開關(guān)。管做模擬開關(guān)。一、單管一、單管 M

40、OSMOS傳輸門模擬開關(guān)傳輸門模擬開關(guān)1.增強(qiáng)型單管增強(qiáng)型單管MOS模擬開關(guān)電路模擬開關(guān)電路GSBCLRLUoUiSDBGCGSCSBCGDCDBKR0nKUGUt時管子導(dǎo)通（時管子導(dǎo)通（Ron 0）。）。 可近似等效為理想開關(guān)（如圖）可近似等效為理想開關(guān)（如圖）實際應(yīng)用時，實際應(yīng)用時，MOS管并非理想開關(guān)。管并非理想開關(guān)。（1）極間電容）極間電容CGS、CGD、CSB、CDB存在存在（2）Roff , Ron 0TGSLWoxnUUConR1UGS Ron ，但，但CGSCGD串?dāng)_串?dāng)_ ，所以應(yīng)適當(dāng)選擇，所以應(yīng)適當(dāng)選擇UGSLWRon ，但極間電容，但極間電容 ，所以應(yīng)適當(dāng)選擇，所以應(yīng)適當(dāng)選

41、擇LW結(jié)論：結(jié)論：保證保證MOSMOS模擬開關(guān)正常工作的條件模擬開關(guān)正常工作的條件MOSMOS開關(guān)的正常工作受限于與開關(guān)連接的電容值，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。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：保證開關(guān)工作的條件為：開關(guān)工作頻率開關(guān)工作頻率 時鐘控制頻率時鐘控制頻率二、5G14573CMOSMOS四運放電路四運放電路PoP1P2P3P4N1N2N3cR-UssUDDUoUi1Ui2123456789101112131415165G14573外形封裝如圖（含外形封裝如圖（含4個完全相同的運放）個完全相同的運放）(1/4) 5G14573運放電路如圖運放電路如圖(1/4)5G14573(1/4)5G14573運放電路分析運放電路分析PoP1P2P3P4N1N2N3cR-UssUDDUoUi1Ui2電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：偏置電路偏置電路差動輸入級差動輸入級輸出