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  • 共源极放大电路

    2020-07-17 13:42:57
    本文简述漏电流Id与漏源电压和栅源电压的关系及小信号模型分析方法。
  • 共源极放大电路放大电路仿真电路,可以学习学习
  • 本文给大家分享了一个自给偏压共源放大电路
  • 引言  在由N沟道增强型MOS场效应管组成的分压-自偏压共源放大电路中,由于所选用场效应管的性能参数不同,在理论计算中要考虑多项因素而导致理论计算... 由N沟道增强型MOS场效应管组成的分压-自偏压共源极放大电路
  • 共源放大电路.ms12

    2020-12-24 16:19:33
    完整的共源放大电路特性分析(频谱,放大倍数)
  • 引言  在由N沟道增强型MOS场效应管组成的分压-自偏压共源放大电路中,由于所选用场效应管的性能参数不同,在理论计算中要考虑多项因素而导致理论计算... 由N沟道增强型MOS场效应管组成的分压-自偏压共源极放大电路
  • 在VMOS管所有的工作方式中,共源极组态的驱动最简单。因为VMOS管是电压控制器件,输入阻抗高,可以由多重逻辑电路直接驱动。
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    U G S Q U_{GSQ} UGSQ对共源放大电路电压放大倍数的影响

    电路搭建(采用增强型MOSFET)恒流区 i D = I D O ( U G S U G S ( t h ) − 1 ) 2 i_D=I_{DO}(\frac{U_{GS}}{U_{GS(th)}}-1)^2 iD=IDO(UGS(th)UGS1)2
    在这里插入图片描述

    仿真分析1

    采用参数扫描分析方法,设置直流电源V1为被扫描电源,节点1为输出,又源极电阻为1 Ω \Omega Ω,因此节点1的输出可视为漏(源)极电流。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    发现,该增强型MOSFET的开启电压 U G S ( t h ) U_{GS(th)} UGS(th)=2V, I D O ≈ 200 m A I_{DO}\approx200mA IDO200mA I D O I_{DO} IDO是当 U G S U_{GS} UGS=2 U G S ( t h ) U_{GS(th)} UGS(th)时的漏极电流)

    仿真分析2

    R g 2 R_{g2} Rg2分别为6M Ω \Omega Ω和6.1M Ω \Omega Ω时,采用电压表和示波器测 U G S Q U_{GSQ} UGSQ U D S Q U_{DSQ} UDSQ U o U_o Uo
    在这里插入图片描述
    R g 2 R_{g2} Rg2= 6 M Ω 6M\Omega 6MΩ时,
    在这里插入图片描述
    U G S Q U_{GSQ} UGSQ=2.137V, U D S Q U_{DSQ} UDSQ=5.555V ⇒ \Rightarrow I D Q ≈ 0.938 u A I_{DQ} \approx 0.938uA IDQ0.938uA
    U o ≈ U_o\approx Uo 710mV

    R g 2 R_{g2} Rg2= 6.1 M Ω 6.1M\Omega 6.1MΩ时,在这里插入图片描述
    U G S Q U_{GSQ} UGSQ=2.107V, U D S Q U_{DSQ} UDSQ=9.254V ⇒ \Rightarrow I D Q ≈ 0.572 u A I_{DQ} \approx 0.572uA IDQ0.572uA
    U o ≈ U_o\approx Uo 546mV

    输入电压峰值/mV R g 2 / M Ω R_{g2}/M\Omega Rg2/MΩ U G S Q U_{GSQ} UGSQ/V U D S Q U_{DSQ} UDSQ/V I D Q I_{DQ} IDQ/uA U o / m V U_o/mV Uo/mV电压放大倍数Av
    106.02.1375.5550.938710-71.0
    106.12.1079.2540.572546-54.6

    随着 R g 2 R_{g2} Rg2增大, U G S Q U_{GSQ} UGSQ减小, I D Q I_{DQ} IDQ减小,电压放大倍数减小
    ⇒ \Rightarrow 调整偏置电阻,使 U G S Q U_{GSQ} UGSQ增大, I D Q I_{DQ} IDQ增大,从而提高电压放大能力。当然要保证管子工作在恒流区,不失真,即 U G S > U G S ( t h ) U_{GS}>U_{GS(th)} UGS>UGS(th) U G D < U G S ( t h ) U_{GD}<U_{GS(th)} UGD<UGS(th)

    理论计算

    g m = ∂ i d ∂ u G S g_m=\frac{\partial i_d}{\partial u_{GS}} gm=uGSid

    ⇒ g m = 2 I D O U G S ( t h ) ( U G S U G S ( t h ) − 1 ) \Rightarrow g_m=\frac{2I_{DO} }{U_{GS(th)}}(\frac{U_{GS}}{{U_{GS(th)}}}-1) gm=UGS(th)2IDO(UGS(th)UGS1)

    ⇒ \Rightarrow g m 1 = 0.0137 S ; g m 2 = 0.0137 S g_{m1}=0.0137S; g_{m2}=0.0137S gm1=0.0137S;gm2=0.0137S

    ⇒ A v = − g m R d ∣ ∣ R L \Rightarrow A_v=-g_mR_d||R_L Av=gmRdRL

    ⇒ A v 1 = − 68.5 ; A v 2 = − 53.5 \Rightarrow A_{v1}=-68.5;A_{v2}=-53.5 Av1=68.5;Av2=53.5

    理论计算与实验结果比较

    输入电压峰值/mV R g 2 / M Ω R_{g2}/M\Omega Rg2/MΩ U G S Q U_{GSQ} UGSQ/V U D S Q U_{DSQ} UDSQ/V I D Q I_{DQ} IDQ/uA U o / m V U_o/mV Uo/mV电压放大倍数Av(实验值)电压放大倍数Av(理论计算)
    106.02.1375.5550.938710-71.0-68.5
    106.12.1079.2540.572546-54.6-53.5

    说明,公式的近似效果甚好,同时也说明了仿真对电路调试的实际指导意义

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  • BJT的共射、共基、共集电极放大电路与MOS的共源极、共栅极、共漏放大电路傻傻分不清楚

    BJT的共基极、共集电极还是共射极,MOS的共栅极、共漏极还是共源极


    基础很重要,基础很重要,像这些专有名词,一套下来感觉自己牛逼哄哄的。

    其实是发现自己好像也分不太清楚这几个东西了,查阅了下资料,发现好像遗忘了不得了的东西(毕竟主要接触的还是数字电路,知识必须要经常用才能记住嘛)。

    共射极放大电路

    如下所示(说明一下,发射极上的箭头表示发射结加正向偏压时,发射极电流的实际方向):
    在这里插入图片描述

    1. Vs为待放大的时变信号,可以理解为交流分量;
    2. 直流电源VBB通过Rb给BJT的发射结提供正向偏压,并产生Ib(偏流,提供偏流的电路一般称为偏置电路);
    3. 直流电源VCC通过Rc给集电结提供反向偏压(需要与VBB & Rb配合的,不然也反向偏压不了不是),这样发射结正偏,集电结反偏,就能保证BJT工作在放大状态;
    4. Rc的另一个作用是将电流变化转化为电压变化;
    5. 整体来说,输入信号加在基极与发射极之间,而输出信号则从集电极与发射极之间取出,这中间发射极既参与了输入回路又参与了输出回路,所以称为共发射极放大电路。

    共集电极放大电路

    如下所示(其实直接这样看怎么看都看不出来哪里共集电极了,这特么明明还是共射极嘛,实际上是要从交流角度来分析的):
    在这里插入图片描述

    1. 交流角度分析,VCC接地(即集电极接地),输入电压Vi是加在基极和集电极之间;
    2. 同时由于集电极接地,相当于输出电压是从发射极和集电极之间取出,这中间集电极既参与了输入回路又参与了输出回路,所以称为共集电极放大电路(也称为射极输出器)。

    共基极放大电路

    如下所示,同样需要从交流角度来分析:
    在这里插入图片描述

    1. 交流层面,VCC接地,C3由于是电容,交流条件下相当于短路,即基极接地;
    2. Vi加在发射极和地(基极)之间,作为输入;
    3. Vo从集电极和地(基极)之间取出,基极为输入回路与输出回路的共同端,所以称为共基极放大电路。

    MOS管

    MOS管同理,共源极放大电路对应BJT的共射极放大电路;共漏极放大电路对应BJT的共集电极放大电路;共栅极放大电路对应BJT的共基极放大电路。分析的关键点在于交流通路,或者说动态特性。

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  • 本文记录以二极管连接的MOS作为负载的共源极放大器。 1. 原理分析 二极管连接的MOS管如下图所示。 无论PMOS还是NMOS,当导通时,均工作在饱和区。 等效电阻为 Rx=VxIx=1gm//Ro≈1gmR_x=\frac{V_x}{I_x}=\frac{1}{...

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    本文记录以二极管连接的MOS作为负载的共源极放大器。


    1. 原理分析


    二极管连接的MOS管如下图所示。

    无论PMOS还是NMOS,当导通时,均工作在饱和区。

    等效电阻为

    R x = V x I x = 1 g m / / R o ≈ 1 g m R_x=\frac{V_x}{I_x}=\frac{1}{g_m}//R_o\approx\frac{1}{g_m} Rx=IxVx=gm1//Rogm1

    以二极管连接的mos作负载的共源极放大器电路连接如下图所示

    以二极管连接的MOS管作负载时,交流小信号等效电路与以电阻为负载的共源极放大器相似,只是将 R D R_D RD换为 1 g m \frac{1}{g_m} gm1

    所以, V o u t = − g m 1 V 1 1 g m 2 V_{out}=-g_{m1}V_{1}\frac{1}{g_{m2}} Vout=gm1V1gm21

    A V = V o u t V I N = − g m 1 g m 2 = − μ p ( W / L ) 1 μ n ( W / L ) 2 A_V=\frac{V_{out}}{V_{IN}}=-\frac{g_{m1}}{g_{m2}}=-\frac{\sqrt{\mu_p(W/L)}_1}{\sqrt{\mu_n(W/L)}_2} AV=VINVout=gm2gm1=μn(W/L) 2μp(W/L) 1

    R i = ∞ R_i=\infty Ri=

    R o = 1 g m 2 R_o=\frac{1}{g_{m2}} Ro=gm21

    当考虑体效应时,

    A V = − μ p ( W / L ) 1 μ n ( W / L ) 2 1 1 + η A_V=-\frac{\sqrt{\mu_p(W/L)}_1}{\sqrt{\mu_n(W/L)}_2}\frac{1}{1+\eta} AV=μn(W/L) 2μp(W/L) 11+η1

    η = 1 g m b 2 \eta=\frac{1}{g_{mb2}} η=gmb21

    当不考虑体效应时,增益为两个MOS的宽长比。


    2.仿真验证


    画电路图,填加电源,信号源,并正确设置MOS的宽长比,如下图所示。

    打开ADE,设置仿真变量,仿真类型,和输出信号。

    先DC仿真,找电路的静态工作点。

    ADE设置如下图所示

    开始仿真,得到如下结果。

    放大位数10左右,输入范围大区120mV,输出范围大约1.25V。可设置AC的静态工作点。

    进行瞬态仿真,查看波形是否正常放大。

    vdc修改为vsin,参数设置如下图。

    保存电路,ADE填加瞬态仿真类型。如下图所示

    并观察输入与输出信号的波形。如下图所示

    点击上方红框中的按钮可将两曲线分离,由图可知电路正常放大信号,且无失真。

    最后进行交流小信号分析。设置AC仿真如下图所示

    开始仿真,完成后选择AC Gain & Phase,并依次选择输出信号与输入信号 。

    幅频与相频特性如下图所示

    大概记录了一下以二极管连接的MOS作负载的共源极放大器原理与验证过程。

    如有不对之处,大家多多指正。


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  • 基本电路结构如下图所示。 交流小信号模型如下图所示 输出电阻是 Rout=rO1//rO2R_{out}=r_{O1}//r_{O2}Rout​=rO1​//rO2​ 增益为 AV=−gm1(rO1//RO2)≈−gmrO1=−2μnCOXID(WL)1λ1IDA_{V}=-g_m1(r_{O1}//R_{O2}...

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    1.基本原理


    基本电路结构如下图所示。

    交流小信号模型如下图所示

    输出电阻是

    R o u t = r O 1 / / r O 2 R_{out}=r_{O1}//r_{O2} Rout=rO1//rO2

    增益为

    A V = − g m 1 ( r O 1 / / R O 2 ) ≈ − g m r O 1 = − 2 μ n C O X I D ( W L ) 1 λ 1 I D A_{V}=-g_m1(r_{O1}//R_{O2})\approx-g_mr_{O1}=-\sqrt{2\mu_nC_{OX}I_D(\frac{W}{L})}\frac{1}{\lambda_1I_D} AV=gm1(rO1//RO2)gmrO1=2μnCOXID(LW) λ1ID1

    输出摆幅

    V i n − V t n ≤ V o u t ≤ V b + ∣ V t p ∣ V_{in}-V_{tn}\leq V_{out} \leq V_b+|V_{tp}| VinVtnVoutVb+Vtp


    2. 仿真验证


    绘制原理图并填加电源,如下图所示

    其中NMOS的栅极为输入,输入电压设为变量vgs,PMOS是电流源,栅极电压设为vb。

    设置ADE仿真环境,如下图所示,(具体设置过程见我学习笔记二 )

    先进行直流分析找静态工作点

    放大倍数约34。静态工作电压约为915mV,输入摆幅约60mV。

    依此设置vsin的各参数,

    由于放大倍数较大,输入摆幅设置的小一点。

    进行瞬态仿真,查看是否有失真现象

    电路正常放大,无失真

    进行交流小信号分析,

    增益约为40dB。


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