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1、3-33单电源供电的OTL电路如题3-33图所示。假定负载为8 ，要求最大输出功率Pomax=10W，试回答： （1）电源电压UCC? （2）直流电源供给功率PDC=? （3）管子的击穿电压BUCEO? （4）管子的最大允许功耗PCM? （5）放大电路功率转换效率=？ （6）电容C2承受的直流电压为多少？调什么元件值，可改变UC2的直流电压？ （8）若有交越失真，应调什么元件？ （9）如果R2或D断开，管子T1、T2会有什么危险？,BUCEOUCC =25.3V,UC2=12.65V,第四章 MOS模拟集成电路的基本单元电路,第一节 MOS场效应管的特点,与双极型晶体管相比，MOS场效应管具有
2、以下主要特点： （1）MOS场效应管是一种电压控制器件；iD受uGS的控制。 （2）MOS场效应管是单极型器件，温度稳定性好，抗辐射能力强。 （3）输入电阻极高，一般高达10101012。 （4）MOS场效应管所占芯片面积小、功耗很小，且制造工艺简单，因此便于集成。 （5）因MOS场效应管既有N沟道和P沟道器件之分，又有增强型和耗尽型之别，所以它们对偏压极性有不同要求，这一点与双极型器件是不完全相同的。,双极型和场效应型三极管的比较,双极型和场效应型三极管的比较(续),第二节 MOS场效应管的模型,1.低频交流小信号模型：,简化的低频小信号模型（ dUBS=0）,一 场效应管的偏置电路,（一）
3、自给偏置电路：,(1). UGS = 0时： IS = ID,RS两端电压为： US = IS RS,(2). 由于 IG=0; UG =0: UGS = -IS RS = -ID RS,由此构成直流偏压，所以称为自给偏压式。,1.基本型自给偏置电路：,基本型自给偏置电路,第三节 场效应管的基本放大电路,2.改进型自给偏置电路：,上述电路中RS起直流反馈作用，RS大，Q稳定； 但RS大Q点低。 问题：Q点低不仅使A，且由于接近夹断，非线性失真加大。,(1). 由R1 = R2分压，给RG一个固定偏压。 RG很大以减小对输入电阻的影响。,(2).对于耗尽型FET： UGS = EDR2 /(R1
4、 + R2) -ID RS,此时 RS大Q点不会低。（反馈调节）,显然对于JFET,当|US | |UG|时，放大器具有正确的偏压。,改进型自给偏置电路,ID= IDSS1(UGS /Up)2,（二）外加偏置电路：,外加偏置电路,对于增强型MOSFET: UGS = 0时： ID =0,(1). 此时靠外加偏压： UGS = EDRL /(R1 + R2),RG很大以减小对输入 电阻的影响。,(2). 改进型外加偏压：,UGS = EDRL /(R1 + R2) -ID RS,对于JFET,须保证|US | |UG|时，放大器具有正确的偏压。,耗尽型以自给偏压为主,UG=UDDR2/(R1+R
5、2) UGS= UGUS= UGIDR ID= IDSS1(UGS /Up)2 UDS= UDDID(Rd+R),共源基本放大 电路的直流通道,根据图可写出下列方程：,于是可以解出UGS、ID和UDS。,二 三种基本放大电路,（一） 共源组态基本放大器,(1)直流分析,二 三种基本放大电路,结型共源放大器电路,电压增益为:,1.未接CS时:等效电路如图:,一般 rds RD RL RS; rds可忽略。,(2)交流分析,放大器的输入电阻为:,放大器的输出电阻为:,ri=RG+(R1/ R2) RG,ro RD,2 . 接入CS时:,AU - gm RD,ri=RG+(R1/ R2) RG,ro
6、 =RD / rds RD,(四)三种接法基本放大电路的比较,三种基本放大电路的比较如下,组态对应关系 CE / CB / CC CS / CG / CD,电压增益,三种基本放大电路的比较如下,组态对应关系 CE / CB / CC CS / CG / CD,输入电阻Ri,三种基本放大电路的比较如下,组态对应关系 CE / CB / CC CS / CG / CD,输出电阻Ro,CS：rds / RD CD：Rs/(1/gm) CG：RD,表3-3 FET 三种组态性能比较,以上表格中参数是在下列条件 下求得的： gm = 1.5mA; rds = 100k RD = Rs = 10k；RG=
7、 5M,2.高频等效电路：,FET高频微变等效电路（ dUBS=0）,步骤： 1、中频电压增益：,2、求极点：,3、写出高频增益函数,2、共源放大电路的高频响应,第四节 MOS模拟开关及开关电容电路,在模拟集成电路中，MOS管可做为： 1.增益器件； 2.有源负载； 3.模拟开关(接近于理想开关),做成的模拟开关近于理想开关，主要是它有以下特性： 1.器件接通时D-S间不存在固有的直流漂移。（无反向电流） 2.控制端G与信号通路是绝缘的，控制通路与信号通路之 间无直流电流。,从开关应用角度讲，NMOS优于PMOS，所以通常选用NMOS 管做模拟开关。,一、单管 MOS传输门模拟开关,1.增强型
8、单管MOS模拟开关电路,K,UGUT时管子截止（Roff ）。,UGUT时管子导通（Ron0）。 可近似等效为理想开关（如图）,实际应用时，MOS管并非理想开关。 （1）极间电容CGS、CGD、CSB、CDB存在 （2）Roff , Ron 0,UGS Ron，但CGSCGD串扰，所以应适当选择UGS,Ron，但极间电容，所以应适当选择,结论：,保证MOS模拟开关正常工作的条件,MOS开关的正常工作受限于与开关连接的电容值， 时间常数是限制开关工作速度的重要因素。,保证开关工作的条件为：,开关工作频率 时钟控制频率（栅极控制电压的频率）,二、开关电容电路（简称SC电路）,开关电容电路的组成：由
9、模拟开关和MOS电容组成。,开关电容电路的功能：在时钟信号的控制下完成电荷的存储和 转移。它与运放等基本电路组合起来可 实现多种功能。,几种常用的基本SC电路:,1.SC等效电阻电路，分为,（1）并联型SC等效电阻电路，,（2）串联型SC等效电阻电路，,2.SC积分器（简称SCI）,3.SC低通滤波器,（一）、SC等效电阻电路,1.并联型SC等效电阻电路，（如图）,（1）要求： 、 /同频、反相、等幅 且不重叠。波形如图,（2）工作原理,当为高电平时，N1通、N2止， C接到U1得到充电电荷Q1=CU1,当/为高电平时，N1止、N2通， C接到U2，C端电荷Q2=CU2,因此，在时钟Tc内，从
10、U1向U2传输 的电荷为,Q=Q1-Q2=C(U1-U2),因此，在时钟Tc内，从U1向U2传输 的电荷为：,Q=Q1-Q2=C(U1-U2),从U1流向U2的平均电流为：,I= Q/TC=C(U1-U2)/TC,等效电阻为： R= (U1-U2)/I=TC/C=1/fcC,注意：等效电阻R代替常规电阻必须满足以下条件,1. fC远大于fS 2. U1、U2 不受开关闭合的影响。,工作原理,在时钟Tc内，从U1向U2传输 的电荷为：,Q=Q1-Q2=C(U1-U2),等效电阻也为： R= (U1-U2)/I=TC/C=1/fcC,2.串联型SC等效电阻电路，（如图）,当为高电平时，N1通、N2
11、止， C上储存的电荷量Q1=C（U1-U2),当/为高电平时，N1止、N2通， C上储存的电荷量Q2=0,与并联型SC等效电阻电路的Q相同，,二、 SC积分器（简称SCI）,已知RC有源积分器电路如图：,用SC等效电阻代替图中的R。 即得到SC积分器。,在集成电路中很难获得精确的电容，但易获得精确地电容比。 所以SCI有较高的精度。,（三）、SC低通滤波器,1.RC无源网络构成的低通滤波器电路如图:,其中，0=1/R1C 称低通截止频率。,2.有源一阶低通滤波器电路如图,其传输函数：,（一）、SC等效电阻电路,1.并联型SC等效电阻电路，（如图）,（1）要求： 、 /同频、反相、等幅 且不重叠
12、。波形如图,（2）工作原理,当为高电平时，N1通、N2止， C接到U1得到充电电荷Q1=CU1,当/为高电平时，N1止、N2通， C接到U2，C端电荷Q2=CU2,因此，在时钟Tc内，从U1向U2传输 的电荷为,Q=Q1-Q2=C(U1-U2),因此，在时钟Tc内，从U1向U2传输 的电荷为：,Q=Q1-Q2=C(U1-U2),从U1流向U2的平均电流为：,I= Q/TC=C(U1-U2)/TC,等效电阻为： R= (U1-U2)/I=TC/C=1/fcC,注意：等效电阻R代替常规电阻必须满足以下条件,1. 采样频率fC （时钟频率）远大于信号频率fS 2. U1、U2 不受开关闭合的影响。,
13、工作原理,在时钟Tc内，从U1向U2传输 的电荷为：,Q=Q1-Q2=C(U1-U2),等效电阻也为： R= (U1-U2)/I=TC/C=1/fcC,2.串联型SC等效电阻电路，（如图）,当为高电平时，N1通、N2止， C上储存的电荷量Q1=C（U1-U2),当/为高电平时，N1止、N2通， C上储存的电荷量Q2=0,与并联型SC等效电阻电路的Q相同，,二、 SC积分器（简称SCI）,已知RC有源积分器电路如图：,用SC等效电阻代替图中的R。 即得到SC积分器。,在集成电路中很难获得精确的电容，但易获得精确地电容比。 所以SCI有较高的精度。,（三）、SC低通滤波器,1.RC无源网络构成的低
14、通滤波器电路如图:,其中，0=1/R1C 称低通截止频率。,2.有源一阶低通滤波器电路如图,其传输函数：,第四节 MOS管恒流源负载,有源负载：,用于代替高阻值电阻的电流源。,在大规模集成电路中，衬底一般不与源极相接，因此必须考虑衬底对电路的影响，即衬底效应：,衬底的跨导：,管子的跨导：,处理方法：画交流等效电路时，衬底B接交流地。,跨导比,（一）增强型（单管）有源负载,将D、G短接（N沟道），电路如图：,R0,R0,等效电路如图：,显然：适当减小gm(或 ) 可提高R0 。,G.S,（二）耗尽型 （单管）有源负载：,将G、S短接（n沟道），电路如图:,R0,R0,等效电路如图,显然，与增强型
15、MOS有源负载 相比，它具有更高的R0,G,S间 电压为 0,此时G,S间 没有电流源,第五节 MOS管电流源,一、MOS 电流源,（一）、 MOS镜像电流源（电路如图）,T1、T2均工作在恒流区,若T1、T2结构对称： 则沟道的宽长比=1。 得： Io=Ir 成镜像关系,因为UGS1=UGS2, UT1=UT2, IG=0,所以,（二）、具有多路输出的比例电流源,若T1、T2结构不对称： 则I02与Ir成比例，比例系数 为沟道的宽长比之比。 设T1、T2、T3管的沟道宽长 比分别为ST1、ST2、ST3， 则有:,（电路如图） 由（一）可知:,第六节 MOS单级放大电路,有源负载的共源MOS
16、放大器常见的电路形式有：,1.E/E型NMOS放大器：放大管和负载管均为N沟道增强型 （E型）的共源放大器。,2. E/D型NMOS放大器：放大管用增强型（E型） ，负载管 用耗尽型（D型），两管均为N沟的共源放大器。,3.CMOS有源负载放大器：是由增强型NMOS管（放大），和 增强型PMOS （有源负载）组成的放大器。,4. CMOS互补放大电路：采用极性不同（P、N沟道）的两只 MOS管构成互补电路。,（一）、E/E型NMOS放大器,电路如图 ：（N1为放大管,N2为负载管）,（RL2=1/gmb2为N2管的等效电阻）。,电压增益:,此时衬底接地 不考虑衬底效应,等效电路：,特点： 1 .由于SN1、SN2受工艺限制不能随意增加，AUE只能达到510倍（较小）。 2.输入电阻很高，一般可达10
