2022-2023学年高二物理竞赛课件：NMOS共源极放大电路的图解分析

NMOS共源极放大电路的图解分析 vDS/V iD(mA) ωt iD(mA) VGSQ VDD VDD Rd Q vi IDQ Q1 Q2 vDS ωt ωt VDSQ 2 NMOS共源极放大电路的图解分析 1.NMOS管的小信号模型 双端口 网络 g s d s vgs vds id 工作在饱和区的漏极电流iD: IDQ id＝gmvgs 谐波分量越小越好，一般取为0。 ig＝0,输入端相当于开路； id＝gmvgs，输出回路等效成一个电压控制电流源。 gm=2Kn(VGSQ-VT) 5.2.4 NMOS共源极放大电路的小信号模型 3 场效应管输出特性表达式： 求全微分: 漏极与源极间等效电导，相当于输出特性曲线斜率的倒数，为无穷大 其中： 为低频跨导,是转移特性曲线Q点的斜率 双端口 网络 g s d s vgs vds id 变化量 由该式可得到场效应管的微变等效电路 4 1.NMOS管的小信号模型 5.2.4 NMOS共源极放大电路的小信号模型 g s gmvgs vgs + - rds + - vds id d 因rds很大，可忽略，得简化小信号模型: 5 1.NMOS管的小信号模型 5.2.4 NMOS共源极放大电路的小信号模型 由该式可得到场效应管的微变等效电路 可得到场效应管放大电路的微变等效电路 2.场效应管放大电路的微变等效电路 g d s B VDD Rd Rg1 Rg2 id Cb2 － v0 ＋ ＋ ＋ － vi Cb2 ＋ 首先将电容、电源短路得到交流通路： 小信号模型： rds g s d gmvgs vgs + - + - v0 id vi + - Rg Rd 根据微变等效电路计算动态参数。 6 5.2.4 NMOS共源极放大电路的小信号模型 7 rds g s d gmvgs vgs + - + - v0 id vi + - Rg Rd (1)电压放大倍数 (2)输入电阻 Ri=Rg1//Rg2 (3)输出电阻 R0=Rd 2.场效应管放大电路的微变等效电路 首先将电容、电源短路得到交流通路： 小信号模型： 5.2.4 NMOS共源极放大电路的小信号模型 g d s B VDD Rd Rg1 Rg2 id Cb2 － v0 ＋ ＋ ＋ － vi Cb2 ＋ R 首先将电容、电源短路得到交流通路： 小信号模型： rds g s d gmvgs vgs + - + - v0 id vi + - R Rg Rd (1)电压放大倍数 (2)输入电阻 Ri=Rg1//Rg2 (3)输出电阻 R0=Rd 8 2.场效应管放大电路的微变等效电路 5.2.4 NMOS共源极放大电路的小信号模型 g d s B VDD Rd Rg1 Rg2 id ＋ － vi Cb2 ＋ Cb2 v0 ＋ ＋ Cb2 v0 ＋ ＋ R 首先将电容、电源短路得到交流通路： 小信号模型： v0 + rds g s d gmvgs vgs + - id vi + - R Rg d g vgs + id gmvgs vi + - s rds R v0 Rg (1)电压放大倍数 取rds为无穷时： (2)输入电阻 Ri=Rg1//Rg2 (3)输出电阻 R0=R//rds// gm 1 推 导 5.2.5 NMOS共漏极放大电路的小信号模型 9 d g vgs + id gmvgs vi + - s rds R v0 Rg 输出电阻R0的计算： vT iT R0= vT iT iR ir vgs=-vT iT=iR +ir -gmvgs 10 5.2.5 NMOS共漏极放大电路的小信号模型 + - vi 解. 若管子工作在饱和区，则 =0.2×(2-1)2=0.2mA 可见: 说明管子工作在饱和区. 例.Rg1=60K, Rg2=40K, Rd=15K, VDD=5V, VT=1V，Kn=0.2mA/V2，RL=15K计算IDQ、VDSQ；Av、Ri、R0。 11 (1)电压放大倍数 gm=2Kn(VGS-VT) =2×0.2× (2-1)=0.4mS (2)输入电阻 Ri=Rg1//Rg2=60//40=24K (3)输出电阻 R0=Rd=15K 例.Rg1=60K, Rg2=40K, Rd=15K, VDD=5V, VT=1V，Kn=0.2mA/V2，RL=15K计算IDQ、VDSQ；Av、Ri、R0。 解. + - vi 12 $