MOS场效应管栅漏连接的有源电阻解析

信息来源: 时间:2020-12-16

MOS场效应管栅漏连接的有源电阻解析

MOS模拟集成电路中MOS场效应管的主要应用有以下三个方面:其一是作为放大器的有源负载,以提高放大器的增益和电路的集成度;其二是作为可变的线性电阻,以实现放大器的增益控制或控制振荡器的反馈强弱;MOS管栅漏有源电阻。其三是作为等效电阻构成分压电路等。MOS管的有源电阻有如下几种形式。

一、MOS场效应管栅漏连接的有源电阻

MOS场效应管栅漏连接的有源电阻(增强型场效应管)如图2.1-1a、b所示。对于n沟器件其源极通常接在电源电压的负端,从而消除衬底效应。同样,对于P沟器件其源极接在电源电压的正端,也可消除衬底效应。MOS管栅漏有源电阻。因VGS=VDS==V,故图2.1-1a、b有源电阻的V-I特性如图2.1-1c所示。由于栅漏相连,工作在饱和区,其V-I特性可表示为:

MOS管栅漏有源电阻

MOS管栅漏有源电阻

MOS管栅漏有源电阻

image.png,(2.1-1)式也可写为电压形式,即      (2.1-2)

MOS管栅漏有源电阻

若VDS=0,则利用(2.1-1)式或(2.1-3)式可得图2.1-1a,bMOS场效应管的等效电阻,其阻值为

MOS管栅漏有源电阻

由第一章(1.3-37)式可知,上式的等效电阻ro等于跨导gm的倒数,即

MOS管栅漏有源电阻

我们也可用图2.1-1d小信号等效电路来计算ro,其表示式为

MOS管栅漏有源电阻

由上式可知,要提高MOS管栅漏连接的有源电阻的阻值,可减小沟道的宽度W,增大沟道长度L,即减小沟道的宽长比。由于受几何尺寸的限制,ro不可能做得很大,因此用栅漏连接的增强型MOS管作为放大器的负载时,电压增益较小。但利用这种有源器件可构成分压器,其形式如图2.1-2所示。

MOS管栅漏有源电阻

现考虑该图的设计方法。设图中的各参数为;VDD=5伏,Vss=-5伏,VT=±1伏,image.pngimage.pngimage.png,要求输出电压VG=1伏,image.png,根据(2.1-1)式可得:

MOS管栅漏有源电阻

MOS管栅漏有源电阻

由上式可求得M1和M2管的宽长比为:

MOS管栅漏有源电阻

分压器也可由全NMOS管构成,其形式如图2.1-3所示。根据分压电压V1V2、V3的大小,工作电流ID的数值以及考虑M2和M3管的衬底偏置效应,利用(2.1-1)式可求得M1、M2和M3的宽长比。

MOS管栅漏有源电阻

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