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  • MOS管模型,MOS管在強反型區(qū)作放大器介紹
    • 發(fā)布時間:2023-02-20 19:27:58
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    MOS管模型,MOS管在強反型區(qū)作放大器介紹
    這一部分共需要討論柵源電壓對電流的控制作用、襯源電壓對電流的作用以及漏源電壓對電流的作用
    柵源電壓對電流的控制作用(VDS>VGS?VTH)
    強反型區(qū)又叫平方律區(qū),因為電流IDS表達式滿足:
    MOS管模型 MOS管 強反型區(qū) 放大器
    襯源電壓VBS對電流的作用(二階效應(yīng):背柵效應(yīng))
    襯源電壓VBS往往不為0,這會引入背柵效應(yīng)
    對于NMOS,當(dāng)襯源PN結(jié)正偏時,會帶來閂鎖效應(yīng)(Latch-up),所以VBS<0,背柵效應(yīng)會導(dǎo)致閾值電壓變大,電流IDS減小。
    對于PMOS,VBS>0;VTH<0V
    漏源電壓VDS對電流的作用(二階效應(yīng):溝道長度調(diào)制效應(yīng))
    當(dāng)MOS管進入飽和區(qū)后,輸出電流并不是水平線,而是存在一定的傾斜。這是由于導(dǎo)電溝道產(chǎn)生夾斷,有效溝道長度變短。
    MOS管模型 MOS管 強反型區(qū) 放大器
    大信號與小信號
    大信號狀態(tài)與小信號狀態(tài)是一一對應(yīng)的。大信號分析是小信號分析的基礎(chǔ)(VGS,VDS,VBS都屬于大信號)
    當(dāng)MOS管電壓電流隨輸入信號的變化有較大改變時,認為MOS工作在大信號狀態(tài);當(dāng)MOS電壓電流變化不影響電流工作點,則MOS工作在小信號狀態(tài)。
    MOS管小信號模型
    gm
    MOS管模型 MOS管 強反型區(qū) 放大器
    上式中,gm為小信號參數(shù),而后面三個等式中的參數(shù)均為大信號參數(shù)。(由此可見大信號分析是小信號模型分析的基礎(chǔ))
    gm描述了柵源電壓對輸出電流的控制作用,因為實際應(yīng)用中往往固定過驅(qū)動電壓VGS?VTH,所以第三個等式gm=2IDS/VGS?VT使用最多
    rDS
    MOS管模型 MOS管 強反型區(qū) 放大器
    結(jié)合跨導(dǎo)對應(yīng)的小信號模型,rDS描述了漏源電壓對電流的作用,根據(jù)公式
    MOS管模型 MOS管 強反型區(qū) 放大器
    gmb
    MOS管模型 MOS管 強反型區(qū) 放大器
    MOS管單管本征增益
    MOS管模型 MOS管 強反型區(qū) 放大器
    如圖所示,共源極放大器,理想電流源作負載,在小信號模型中理想電流源看作開路,該MOS管的增益AV可寫作:
    MOS管模型 MOS管 強反型區(qū) 放大器
    由于此處負載為理想電流源,而實際負載不可能阻抗為無窮,因此本征增益是單管放大電路的最大增益。此外,由AV表達式可見,要獲得大的增益,需要選擇一個大的溝道長度以及盡量小的過驅(qū)動電壓。一個合適的過驅(qū)動電壓為0.2V。
    事實上,如果追求高速度,MOS管要有一個小的溝道長度,大的過驅(qū)動電壓。這一矛盾,歸根到底是增益和速度的矛盾。
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