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mos管基本放大電路是什么
mos管放大器是電壓控制器件,具有輸入阻抗高、噪聲低的優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用在電子電路中。為了放大模仿信號必需運用有源器件,MOS晶體管就是一種頻繁運用的有源器件。
MOS晶體管的三個端子中有兩個分別是輸入端和輸出端。還有第三個端子,將這個端子固定為一定的電位就能夠構(gòu)成三種放大電路。就是說,源極、柵極、漏極中的某個極銜接到固定電位上,就可以分別構(gòu)成源極接地、柵極接地、漏極接地三種放大電路。
根據(jù)MOS管兩大類型--結(jié)型MOS管和絕緣柵場效應(yīng)管可構(gòu)成相應(yīng)的MOS管放大器。以下以結(jié)型管為例給出三種基本組態(tài)放大器的等效電路和性能指標計算表達式
場效應(yīng)管放大電路
根據(jù)不同類型的場效應(yīng)管對柵源電壓Ugs的要求,通常偏置形式有兩種:一種是適用于耗盡型場效應(yīng)管的自偏壓電路,一種是用于各種類型場效應(yīng)管的分壓式偏置電路。
三種管子:增強型、耗盡型、結(jié)型
1.增強型Uth
需要開啟電壓Uth,一般使用分壓式偏置電路
2.耗盡型Up
耗盡型為什么自帶溝道?因為柵極下面的絕緣層帶電,所以天生能把溝道打開,所以N溝道耗盡管的Up是負的,想把溝道關(guān)斷就得加反壓。P型耗盡管得Up是正的,邏輯正好相反。
3.結(jié)型Up
結(jié)型管也是天生帶溝道,因為結(jié)構(gòu)的原因,Ugs不加電壓的時候溝道最寬,N溝道結(jié)型管的Up也是負的,不能加正的,因為加正電壓PN結(jié)就通了,自己就成為了一個大導體,就失去了作用。P溝道的Up是正的,就是反著加Ugs,越加Ugs,Id溝道就越窄,Id就越小。
偏置電路
因為不同類型的MOS管工作在放大區(qū),要求柵極電壓極性不同,例如,結(jié)型MOS管要求柵源與漏源電壓極性相反,而增加型MOS管則要求柵源與漏源電壓極性相同,至于耗盡型MOS管的柵偏壓極性,可以正偏、零偏或負偏。
根據(jù)這些特點,來用單電源的偏置電路主要有以下兩種:
(1)自偏壓電路:自偏壓用于結(jié)型和耗盡型MOS管放大電路。
(2)混合偏置電路:混合偏置電路用于各種場效應(yīng)管放大器。
如前所述,簡直一切模仿電路中的MOS晶體管都是工作在飽和區(qū)。在飽和區(qū),即便改動漏極電壓VDS,其漏極電流ID簡直不增加。換句話說,MOS晶體管是工作在輸出電阻r。十分大的偏置條件下。為了便于了解放大的原理,首先思索假設(shè)輸出電阻ro(=νds/id)無限大條件下的狀況。這里的νds是漏極電壓的微小變化量,id是漏極電流的微小變化量(以下ν、i等小寫字母都是表示微小變化量)。然后再來計算輸出電阻為有限值時的電壓增益。
如圖所示,給MOS晶體管的柵極加直流偏壓VGS,再加模仿信號電壓νin,于是,漏極端(輸出)除產(chǎn)生直流電流成分之外,還有與輸入信號νin成比例的小信號電流id=gmνin流過:
圖中,VT為MOS晶體管的閾值電壓;β為與溝道長寬比等有關(guān)的參量(β≡(w/L)μCox);gm為跨導。
上圖中的輸人信號νin十分小,假定級數(shù)展開的2次項以上的高次項能夠疏忽不計。右邊第一項表示與柵極電壓VGS相對應(yīng)的直流漏極電流Io,第二項是與輸入信號νin相對應(yīng)的輸出漏極電流ido在解析放大電路時,假定信號電壓νin十分小,這時電路的工作都可看作是線性的(近似直線),因此計算就變得十分簡單。
當只思索與放大有關(guān)的信號成分(右邊第二項)時,源極接地的MOS晶體管就能夠看作具有將輸入的小信號電壓uin變換為電流ia=gmvin功用的器件。
現(xiàn)在討論將這個信號成分作為輸出電壓取出的方法。按照歐姆定律,當小信號電流id流過電阻R時,電阻兩端產(chǎn)生電壓idR。利用這個原理,就能夠取出放大后的信號。
例如,如下圖所示,將電壓-電流變換器件MOS晶體管與負載電阻Rload連接,并流過上圖所示的電流I(=直流成分lo+小信號成分id),那么輸出電壓就是VDD-Rload(Io+id)。其中直流電壓成分VDD-RloadIo中不包含信號信息,所以沒有取出處理的必要。而包含小信號電流的輸出信號電壓Vout= —Rload.id必須放大輸出。按照歐姆定律,如果負載電阻Rload大,那么輸出信號νout也就大。Rload前面的負號意味著輸出信號相對于電流信號成分id以反相位輸出。
所以這個電路的輸入、輸出信號間的關(guān)系可整理如下:
由圖1能夠得到源極接地放大電路的電壓增益為
從這個結(jié)果能夠看出,為了取得高的增益,應(yīng)該運用具有大跨導gm的有源器件與大的負載電阻Rload相銜接。
上面的闡明中,假定次級的輸入負載電阻Rin比MOS晶體管的輸出電阻ro大得多。但是,實踐的源極接地電路的有效輸出電阻是負載電阻Rload與MOS晶體管的輸出電阻r。以及次級的輸入負載電阻Rin呈并聯(lián)銜接的,要用這樣的放大電路驅(qū)動R。小的電路并非上策。所以,下面思索Rin十分大而且r。也是實踐值的狀況。