4.1 The MOSFET Amplfer (1 前言 : 線性放大器 : 放大輸入訊號, 產生大於且正比於輸入訊號之輸出訊號 小訊號 (small sgnal 可使 MOSFET 的 ac 等效電路線性化, 因而可使用重疊定理, 即可分開處理 dc 與 ac 分析 圖解技巧 :dc 負載線 ac

Ch4 Basc FET Amplfers Prevew 4.1 The MOSFET Amplfer 4. Basc Transstr Amplfer Cnfguratns 4.3 The Cmmn-Surce Amplfer 4.4 The Cmmn-ran (Surce-Fllwer Amplfer 4.5 The Cmmn-Gate Cnfguratn 4.6 The Three Basc Amplfer Cnfguratns: Summary and Cmparsn 4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfer 4.8 Multstage Amplfers 4.9 Basc JEFT Amplfers 4.10 esgn Applcatn: A Tw-Stage Amplfer 4.11 Summary 1 Prevew (1 MOSFET 以數位應用為主, 但亦常用於線性放大器 三種單級 (sngle-stagefet 放大器組態 1 共源極 (cmmn surce 源極隨耦器 (surce fllwer 3 共閘極 (cmmn gate MOSFET IC 放大器一般使用 MOSFET 負載元件取代電阻 在 IC 電路, 放大器常是串聯 (seres 或串疊 (cascade 形成多級 (multstage 組態, 可增加電壓增益或提供特定電壓增益與輸出電阻之組合 1

4.1 The MOSFET Amplfer (1 前言 : 線性放大器 : 放大輸入訊號, 產生大於且正比於輸入訊號之輸出訊號 小訊號 (small sgnal 可使 MOSFET 的 ac 等效電路線性化, 因而可使用重疊定理, 即可分開處理 dc 與 ac 分析 圖解技巧 :dc 負載線 ac 負載線 發展線性電路的各種小訊號參數及相關的等效電路 四種等效電路中, 最常使用的是轉導放大器 (transcnductance amplfer : 輸入電壓, 輸出為電流 3 4.1 The MOSFET Amplfer ( 4.1.1 Graphcal Analyss, Lad Lnes, and Small-Sgnal Parameters 共源極電路 : dc 負載線 :v S = - R 1 dc 負載線及 Q 點與 GS R 及電晶體參數有關 為使輸出電壓為輸入之線性函數, 電晶體需偏壓在飽和區 輸入弦波 v 1 瞬時總電壓 v GS = GSQ +v v 為正 v GS 增加, 偏壓點沿負載線上移 較大 及較小 v S 3 v 為負 v GS 減小, 偏壓點沿負載線下移 較小 及較大 v S 4 電晶體需偏壓在飽和區, 且瞬時 及 v S 需在飽和區 4

4.1 The MOSFET Amplfer (3 Transstr parameters 1 G-S 之瞬時總電壓 v GS = GSQ +v = GSQ + v gs K v K ( v K [( v ] n( GS TN n GSQ gs TN n GSQ TN gs n( GSQ TN Kn( GSQ TN vgs Knvgs K 第一項為 極直流電流 I Q 第二項為 極時變電流 d, 與訊號 v gs 成線性關係 第三項與訊號平方成正比, 為不想要之諧波 (harmnc 失真 線性放大器之小訊號條件 :v gs << ( GSQ TN, 則第三項可忽略 ( 因遠小於第二項 忽略項, 則總電流可分成 dc 分量及 ac 分量 v gs IQ d d Kn( GSQ TN vgs gmvgs 轉導 (transcnductance g m : 小訊號輸出電流與輸入電壓之比值, 可視為電晶體之增益 g m v d gs v GS vgs GSQ cnst. K ( n GSQ TN K n I Q 5 4.1 The MOSFET Amplfer (4 3 對 v GS 的關係 : Kn( vgs TN 圖中斜率值即為轉導 g m 當 v gs 夠小, g m 為固定值 Q 點在飽和區, 電晶體是由 v gs 線性控制之電流源 Q 點移至非飽和區時, 電晶體不再是線性控制之電流源 轉導直接正比於 K n, 為 W/L 之函數, 即增加電晶體寬度則增加轉導或增益 Example 4.1:Cnsder an n-channel MOSFET wth parameters: TN = 0.4, K n =100A/, and W/L =5. Assume the dran current s I = 0.4 ma. Calculate the transcnductance f an n-channel MOSFET. Sl.: 註 : 轉導 ( 即增益 比 BJT 來的小, 但 MOSFET 有較高輸入阻抗 尺寸小及低功率消耗之優點 6 3

4.1 The MOSFET Amplfer (5 AC Equvalent Crcut 1 輸出總電壓 = dc 輸出電壓 +ac 輸出電壓 v v R ( I R ( I R S O Q d Q R d v v ac 輸出電壓 : ds d 3 ac 訊號之關係整理 : vgs v, d gmvgs, 4 ac 等效電路 :C vltage surces are set t zer R v S ds d R v ds ac 等效電路 7 4.1 The MOSFET Amplfer (6 4.1. Small-Sgnal Equvalent Crcut n 通道 MOSFET 的小訊號等效電路 : 若訊號頻率夠低, 其閘極電容效應可忽略, 則閘極為開路, 再利用轉導公式, 可得 小訊號等效電路 延伸小訊號等效電路 ( 考慮 MOSFET 的有限輸出電阻 r : K ( v (1 v n r v S GS 1 TN S [ K n ( GSQ [ I vgs GSQ cnst. 8 ] 1 TN ] 1 Q 4

4.1 The MOSFET Amplfer (7 n 通道 MOSFET 之延伸小訊號等效電路 : 為轉導放大器 (transcnductance amplfer: 輸入為電壓 輸出為電流輸出為電流 延伸小訊號等效電路 放大器小訊號等效電路 ac 等效電路 放大器小訊號等效電路 9 4.1 The MOSFET Amplfer (8 Example 4.: Transstr parameters: TN = 1, K n =0.8mA/, and =0.0-1. Assume the transstr s based n the saturatn regn wth GSQ =.1, =5, R =.5k. etermne the small-sgnal vltage gan. Sl: 1 求 Q 點 ( 忽略 因素 小訊號參數 (g m r 推得 A v MOSFET 之轉導小, 所以增益小 3 電壓增益為負 : 輸出與輸入有 180 相位差 解題技巧 :MOSFET 之 ac 分析 1 將 ac 訊號移去, 分析 dc, 線性放大需在飽和區 每一電晶體以小訊號等效模型取代 3 令直流源為零, 分析小訊號等效電路 10 5

4.1 The MOSFET Amplfer (9 p 通道 MOSFET 放大電路 : 1 電壓源 接在 S 極 電壓極性 電流方向與 n 通道相反 PMOS 小訊號等效電路 3 v gmvsg ( r R and v vsg v Av gm( r R v 電壓增益為負 : 輸出與輸入有 180 相位差 放大器小訊號等效電路 11 4. Basc Transstr Amplfer Cnfguratns MOSFET 的三種組態 : 以那一端接地來區分 共源極 (cmmn surce 共汲極 (cmmn dran, 或 surce fllwer 及共閘極(cmmn gate 1 對應 BJT 之共射極 共集極 ( 射極隨耦器 及共基極 對三種組態的研究重點 1 輸入及輸出阻抗的負載效應 電壓增益 3 探討在何種情況下, 三種放大器何者較有用 1 6

4.3 The Cmmn-Surce Amplfer (1 4.3.1 A basc cmmn-surce cnfguratn 源極接地, 故稱共源極 訊號頻率夠高, 耦合電容 C C1 為短路例如 : C C1 = 10F, f = khz, Z C 1 1 8 3 6 fc C1 (10 (1010 放大器電壓增益 gmgs ( r R and gs ( R RS R gm( r R ( R RS Av g ( r R m R ( R R S R 13 4.3 The Cmmn-Surce Amplfer ( 得到最大的輸出電壓擺幅, 則 1 Q 點儘量在飽和區中間 輸入要夠小, 使放大器保持線性放大 放大器輸入阻抗 R =R 1 //R 放大器輸出阻抗 R =R //r O 註 : 求輸出阻抗時, 須令 = 0 ( 即 gs =0 14 7

4.3 The Cmmn-Surce Amplfer (3 Example 4.3: Transstr parameters: TN = 0.4, K n = 0.5mA/, and = 0.0-1. The parameter are: =3.3, R S =4k, R 1 =140k, R =60k, R =10k. etermne the small-sgnal vltage gan, nput resstance, and utput resstance. Sl: 註 :Q 點在負載線中間, 非在飽和區中間, 未得最大擺幅 15 4.3 The Cmmn-Surce Amplfer (4 Example 4.4: Transstr parameters: TN = 1, K n =1mA/, and =0.015-1. Let R 1 R =100k. esgn the crcut such that I Q =ma and the Q-pnt s n the mddle f the saturatn regn. etermne the small-sgnal vltage gan Sl.: (1I Q I t GSt St SQ = ( St + / R ; ( I Q GSQ R 1 R ; (3I Q g m 及 r A v 16 8

4.3 The Cmmn-Surce Amplfer (5 4.3. Cmmn-surce amplfer wth surce resstr R S 可使 Q 點穩定 ( 因電晶體參數之變化, 但也降低增益 ( 與 BJT 類似 右圖的電晶體基底會接至最低電壓 -5,( 源極沒接 -5, 而產生本體效應, 但在此忽略 Example:Transstr parameters: TN = 0.8, K n =1mA/, and =0. etermne small-sgnal vltage gan. Sl.: dc 分析得 : GSQ =1.5, I Q =0.5mA 及 SQ =6.5 ac 分析得 :g m =1.4mA/, r gs gmgsrs gs gmgsr, 1 gmrs g ( mr g mgsr 1 gmrs gmr (1.4(7 Av 5.76 1 gmrs 1 (1.4(0.5 註 : 若 K n 改變 0%,g m 明顯改變,A v 改變 9.5%( 不小了 17 4.3 The Cmmn-Surce Amplfer (6 Example 4.5: Transstr parameters: K p =0.8mA/, TP = 0.5, and =0. The quescent dran current s fund t be I Q =0.97mA. etermne the smallsgnal vltage gan f a PMOS transstr crcut. Sl.: g R m sg sg gmsg Rs sg ( 1 gmrs gm K piq 0.975 (0.975(10 g mr A v.48 1 gmrs 1 (0.975(3 18 9

4.3 The Cmmn-Surce Amplfer (7 4.3.3 Cmmn-surce crcut wth surce bypass capactr 源極旁路電容可使電壓增益的損失減少, 且仍保持 Q 點的穩定 1 使用定電流源取代源極電阻可進一步穩定 Q 點 若訊號頻率夠高, 則旁路電容可視為短路, 源極保持在訊號接地 Example 4.6:Transstr parameters: TN = 0.8, K n = 1mA/, and =0. etermne the small-sgnal vltage gan. Sl: I Q = 0.5mA 註 : 因有源極旁路電容, 使得其增益增加 (ex. 4.5 之 A v =.48 19 4.4 The Cmmn-ran (Surce-Fllwer Amplfer (1 共汲極 (cmmn dran 或源極隨耦器 (surce fllwer 共汲極 : 輸入在 G 極, 輸出在 S 極 極接, 為交流訊號接地 441S 4.4.1 Small-sgnal lvltage gan 小訊號電壓增益的求法 : gm( RS r gs n gs 0 gs[1 gm( RS r ] R n R R S 1 g mgs ( RS r gm( RS r 1 gm ( RS r Av R gm( RS r 1 1 g R r R R gm RS r R m ( S S ( 1 gm( RS r RS R n 共汲極電壓增益小於 1, 類似 BJT 射極隨耦器 0 10

4.4 The Cmmn-ran (Surce-Fllwer Amplfer ( Example 4.7: =1, R 1 =16kΩ, R =463kΩ, R S =0.75kΩ,R S = 4kΩ. Assume the transstr parameters are TN = 1.5, k n = 4mA/ and λ=0.01-1. Calculate the small-sgnal vltage gan. Sl: C 分析 I Q = 7.97mA, GSQ =.91 AC 分析 1 增益為正且略小於 1, 亦即輸出信號大約等於輸入信號, 所以稱為源極隨耦器 增益公式同 BJT 射極隨耦器, 但 BJT 的轉導較 MOSFET 大, 所以 BJT 增益較接近 1 3 共汲極輸出阻抗比共源極小, 可當電壓源使用, 在驅動負載電路時可免負載效應 ( 因理想電壓源之內部阻抗要小 1 4.4 The Cmmn-ran (Surce-Fllwer Amplfer (3 Example 4.8:Assume the transstr parameters are TP =, k P = 40A/ and λ=0. The crcut parameters are = 0 and R S = 4kΩ. The Q-pnt values are t be n the center f the lad lne wth I Q =.5mA. The nput resstance s t be R = 00kΩ. The transstr W/L rat s t be desgned such that the small-sgnal vltage gan s A v = 0.9. Sl.: 11

4.4 The Cmmn-ran (Surce-Fllwer Amplfer (4 4.4. Input and Output Impedance 輸入阻抗 R =R 1 //R 輸出阻抗 (R = x /I x :set all ndependent small-sgnal surces equal t zer, apply a test vltage x t the utput, and measure a test current I x x x I x gmgs RS r gs x ( 因 = 0 1 1 Ix x( gm RS r Ix 1 1 1 ( gm x R0 RS r R (1/ gm RS r ( gs 跨在電流源 g m gs 上, 所以其等效電阻為 1/g m Example 4.9:The transstr parameters are gven n Example 4.8, calculate the utput resstance. Sl.: 1 輸出電阻由轉導參數所主導 適合做理想電壓源 3 4.5 The Cmmn-Gate Cnfguratn (1 4.5.1 Small-sgnal vltage and current gans 共閘極 : 輸入在源極, 輸出在汲極, 閘極為訊號接地 I R 1 以定電流源 I Q 偏壓 R G 避免纍積靜電荷,CC G 使閘極為訊號接地 C C1 耦合輸入 v 到源極,C C 耦合輸出到負載 小訊號等效電路及電壓增益 ( gmgs ( R RL S gs gs 1 gmrs g m gm gs ( R R L Av gm( R RL ( ( gs R 1 1 gmrs S gs gm( R RL 1 g R 增益為正, 所以輸出與輸入同相 m S 4 1

4.5 The Cmmn-Gate Cnfguratn ( 電流增益 : 共閘極的輸入常為電流, 故輸入以諾頓等效電路表示 諾頓 R I gg m gs ( R RL gs I gm 0 1 gs R gs I ( RS S g R m R 1 gmgs ( gm( ( I ( RS I R RL R RL gm R gmrs A ( ( I I I R RL 1 gmrs 若 R >>R L 及 g m R S >>1, 則電流增益為 1, 同 BJT 共基極電路 4.5. Input and utput mpedance ( 參考前一頁電路圖 nput mpedance R : 共閘極有較低的輸入阻抗, 適用於輸入是電流的場合 R gs / I 且 I gmgs R 1/ gm utput mpedance R : 令 =0 R R gs g m gs R S gs 0 5 4.5 The Cmmn-Gate Cnfguratn (3 Example 4.10: The crcut parameters: I Q = 1mA, + = 5, = 5, R G = 100k, R = 4k and R L = 10k, R S =50k. The transstr parameters: TN = 1, k n = 1mA/ and =0. Assume the nput current s 100snt A. etermne the utput vltage. Sl.: R R 6 13

4.6 The Three Basc Amp. Cnfguratns: Summary and Cmparsn (1 共源極及源極隨耦器之輸入為閘極 無電流流入, 所以無電流增益 閘極看入電阻無限大, 所以輸入阻抗為 R TH 共閘極之輸入電阻僅幾百歐姆 源極隨耦器之輸出電阻僅幾百歐姆 但共源極及共閘極 ( 輸出在汲極 之輸出電阻, 則受 R 主導 7 4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (1 三種 MOSFET 反相器 (chapter 3..3: 驅動 (drver 電晶體皆為 n 通道增強型元件 負載元件 ( 或稱主動負載,actve lad 分別為 n 通道增強型元件 n 通道空乏型元件 p 通道增強型元件 4.7.1 Lad lne revsted 電阻性負載元件之 -v 特性 : R = I R 電晶體之負載線 : S = I R A 點 :I = 0, R = 0 A 點 :I = 0, S = B 點 :I = /R = 最大, R = B 點 : I = /R, S = 0 負載線為負載元件 -v 特性曲線之鏡像 8 14

4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers ( 4.7. NMOS amplfer wth enhancement lad NMOS 增強型負載 使用 NMOS 增強型負載之 NMOS 放大器 Kn ( S TNL 負載線 : S = SL 1. 負載線為負載元件 -v 曲線之鏡像 ; 非線性曲線. 當 v SL = v GSL = TNL =0 v S = TNL ; 交電壓軸於 TNL 9 4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (3 電壓轉換特性 ( 如右上圖 1 驅動電晶體 M 剛導通時在飽和區 當放大器使用時,Q 點需在飽和區 小訊號等效電路 ( 如右下圖 1 負載電晶體 M L 視為源極隨耦器, 輸出在 S 極 S 極看入之等效電阻 R = r L //(1/g ml 電壓增益 : g Av g m m 1 gs ( r rl gml gs 1 ( r rl g ml 若 1/g ml <<r L 及 1/g ml <<r, 則近似得 g Av g m ml K K n nl ( W / L ( W / L L 30 15

4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (4 Example 4.11:In Fg. 4.39(a, the transstr parameters: TN = TNL = 1, k n = 60A/ and (W/L L = 1. = 5. esgn the vltage gan A v =10, and establsh the Q-pnt n the mddle f the saturatn pnt. ( 求 GSQ Sl.: (1 ( W / L W W kn ( W / L Av 10 ( 100( L 100 10 ( W / L L L k ( W / L L nl L ( 假設 M 及 M L 皆飽和 且 = L K v n O ( GS TN K nl ( GSL TNL ( 過渡點 :v Ot = v S (sat= v GSt TN 代入上式得 v K ( TNL Kn / KnL ( GS TN ( TNL TN (1 Kn / KnL 1. 1 K / K GSt 36 v Ot = v St = v GSt TN = 1.36 1 = 0.36 (3 關閉點 :v GSO = 1, v O = v SO = TNL = 4 GSQ =(v GSt +v GSO / = (1.36+1/ = 1.18 SQ =(v St +v SO / =(0.36+4/ =.18 n nl nl v O TNL 31 4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (5 4.7.3 NMOS amplfer wth depletn lad NMOS depletn mde 之負載元件 : TNL 為負,v GS = 0 過渡點 :v S = v S (sat = v GS TNL = TNL >0 飽和 3 16

4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (6 負載為空乏型 NMOS 之放大器 1 放大器負載線為負載元件 -v 特性曲線之鏡像 A 為 M 之過渡點,B 為 M L 之過渡點,Q 點近兩過渡點中間 3 M 及 M L 皆需偏壓在飽和區, 即在第 III 區 4 GSQ 使 M 偏壓在飽和區之 Q 點, 訊號 v 重疊在 dc 上, 使工作點在 Q 點附近沿負載線移動 33 4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (7 5 小訊號等效電路 負載元件之 v GSL= 0 相依電流 g m v GSL =0 由負載元件 S 端看入等效電阻僅有 r L ( 如右圖 負載元件 放大器小訊號等效電路 電壓增益 : Av g m ( r rl 34 17

4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (8 Example 4.1: In Fg.4.43(a, the transstr parameters: TN = 0.8, TNL = 1.5, k n = 1mA/, k nl = 0. ma/, and = L = 0.01 1. Assume the transstr are based at I Q = 0. ma. etermne the small-sgnal vltage gan. Sl.: (1 由已知參數 小訊號參數 (g m r 及 r L 及模型 逆推得 A v Nte: (1 空乏型負載放大器之增益明顯大於增強型負載 ( 因少並聯一個 1/g m 之電阻 ( 因兩電晶體偏壓在飽和區 ( 圖 4.47(c 的第 III 區, 但此區很陡,Q 點之 GSQ 偏壓不容易正確建立, 所以適合用電流源偏壓 35 4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (9 4.7.4 NMOS amplfer wth actve lad CMOS cmmn-surce amplfer 1 CMOS 放大器 : 因有 n 通道增強型驅動器 (M 1 及 p 通道增強型主動負載 (M, M 的偏壓來自 M 3 及 I Bas : 因 I Bas 為定值且 M 3 在飽和區 ( 接到 G SG3 為定值 因 v SG = SG3 ( 定值 可得 M 偏壓的 -v 曲線如下左圖 3 A 為 M 1 之過渡點,B 為 M 之過渡點, 放大器的 Q 點應在兩過渡點中間, 使 M 1 及 M 皆在飽和區 4 無本體效應 :M 1 本體與 S 極皆接地 ( 最低電壓, M 之本體與 S 極皆接至 ( 最高電壓 36 18

4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (10 5 小訊號電壓增益 : A v g mn ( rn rp M 因受 M 3 影響,v SG = SG3 為固定 ( 因 3 =I Bas 為定值, 即 v sg =0, 所以由 M 之 S 看入之電阻僅為 r p ( 註 : 一般 MOS 電晶體當負載使用其等效電阻為 r, 但 G- 相連的 MOS 電晶體除外 電壓增益亦與兩電晶體之輸出電阻成正比 本例中, 在 M 1 之 G 極加直流電壓建立 Q 點亦不容易 37 4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (11 Example 4.13: The transstr parameters: TN = 0.8, TP = 0.8, k n '= 80A/, k p '= 40A/, (W/L n =15, (W/L p =30, and n = p =0.01 1. Assume I Bas = 0.mA. etermne the small-sgnal vltage gan. Sl.: Nte: (1 增益與使用空乏型負載之 NMOS 同級, 但 CMOS 無本體效應 ( M1 之 Q 點不易建立, 需使用電流源偏壓 38 19

4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (1 CMOS surce-fllwer amplfer 1 主動負載為 n 通道元件而非 p 通道元件 輸入訊號加在 M 1 之閘級, 輸出在 M 1 之源極 39 4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (13 Example 4.14: Assume that all transstrs are matched wth parameters: TN = 0.4, k n = 0. ma/, and =0.01 1. Assume I Bas = 0.mA and = 3.3. etermne the small-sgnal vltage gan and utput resstance f the surce fllwer. Sl.: 40 0

4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (14 CMOS cmmn-gate amplfer 1 主動負載為 p 通道元件 輸入訊號在 M 1 之 S 極, 輸出在 M 1 之 極 p 1 1 41 4.7 Sngle-Stage Integrated Crcut MOSFET Amplfers (15 Example 4.15: The transstr parameters: TN = 0.4, TP = 0.4, k n = 0. ma/, k p = 0. ma/, and n = p = 0.01 1. Assume I bas = 0.mA and = 3.3. 3 etermne the small-sgnal sgnal vltage gan and utput resstance f the cmmn gate crcut. Sl.: 4 1

4.8 Multstage Amplfers (1 前言 很多應用中, 單一電晶體的放大器無法達到特定放大因數 輸入電阻 輸出電阻之組合規格 1 例如 : 要求的電壓增益可能超出單一電晶體電路所能得到的 串接 (cascade 放大器 : 可增加電壓增益 ; 或使輸出電阻很低 但卻有大於 1 之電壓增益 1 串接放大器整體電壓或電流增益, 一般非僅各級放大因數之乘積, 需考慮負載效應 (ladng effect 43 4.8 Multstage Amplfers ( 4.8.1 Multstage amplfer: cascade crcut 共源極 + 源極隨耦器 1 共源極提供電壓增益 源極隨耦器具有低輸出阻抗 假設所有外部電容為短路 small-sgnal equvalent crcut mdband small-sgnal vltage gan 44

4.8 Multstage Amplfers ( Example 4.16: The transstr parameters: k n1 = 0.5mA/, k n = 0.mA/, TN1 = TN = 1., and 1 = = 0. The quescent dran currents are I 1 = 0.mA, I = 0.5mA. etermne the small-sgnal vltage gan. Sl.: gm 1 kn 1( GS1 TN1 0.5(1.831. 0.63mA/ gm kn( GS TN 0. (.78 1. 0.63mA/ g R R ( m gs S L gs gm 1 gs1r1 where gs1 R RS R R gs gm R RS R 1 1 gm 1gm( RS RL R 1 R 1 g ( R R R R m S L gm1gm ( RS RL R1 R1 R Av 6.14 1 gm( RS RL RS R1 R Nte: (1 源極隨耦器增益略小於 1, 故整體增益小於共源極 ( 源極隨耦器輸出電阻小, 在很多應用上是需要的 S 45 4.8 Multstage Amplfers (3 4.8. Multstage amplfer: cascde crcut n 通道 MOSFET 之串疊電路 1 M 1 共源極,MM 共閘極 此電路具較高之頻率響應 Example 4.17:The transstr parameters: k n1 = k n = 0.8mA/, TN1 = TN = 1., and 1 = = 0. The quescent dran current s I = 0.4mA. etermne the small-sgnal vltage gan. Sl.: g m 1 g m k n 1I (0.8(0.4 1.13mA/ gm1 gs1r Av gm1r 1.13.5.83 gs1 Nte : (1 M 1 提供 M 的源極電流 ;M 當做一個電流隨耦器, 將電流傳至它的 極 ( 整體增益與單一級的共源極放大器一樣, 共閘極之加入主要增加頻寬 46 3

4.9 Basc JFET Amplfers (1 4.9.1 Small-sgnal equvalent crcut G-S 的瞬時電壓 vgs GS v I SS 1 假設飽和, 則 v GS 1 P I SS (1 GS P vgs ( P I SS (1 GS GSQ I v 第一項為直流 極電流 I Q 第二項為時變 極電流, 與訊號 v gs 成線性關係 第三項與訊號平方正比, 使輸出電流產生非線性失真, 當 vgs GS, 第三項遠小於第二項, 第三項可忽略 ( 失真小 (1 P P 上式是 JFET 為線性放大器之小訊號條件 忽略第三項, 則 GS v GS gs I Q d I SS (1 I SS (1 ( P P I P SS GS gm ( (1 d gmvgs 其中 P P 小訊號 極電流對 G-S 之電壓關係稱為轉導 g m n 通道 : P 為負, 故 g m 為正 p 通道或 n 通道 : I SS GS gm (1 P P P SS gs (1 GS P vgs ( I P SS v ( gs P 47 4.9 Basc JFET Amplfers ( 飽和區 JFET 之有限輸出阻抗 : vgs I SS (1 (1 v S r vs 1 P vgs cnst. [ I SS (1 P ] GS 1 [ I ] 1 Q n 通道 JFET 之小訊號等效電路 n 通道 JFET 之小訊號等效電路 1 與 n 通道之 MOSFET 相同 p 通道 JFET 與 p 通道之 MOSFET 相同 48 4

4.9 Basc JFET Amplfers (3 4.9. Small-sgnal analyss 與 MOSFET 之分析方式相同 Example 4.18: The transstr parameters I SS =1mA : P = 4, and = 0.008 1. etermne the small-sgnal vltage gan A =v /v Sl.: 49 4.9 Basc JFET Amplfers (4 Example 4.19: The transstr parameters I SS =1mA : P = 4, and = 0.01 1. etermne R S and I Q such that the small-sgnal vltage gan A =v /v =0.90. ( 假設 g m = ma/ 1 已知電晶體參數 最小電壓增益及 g m 由 g m GS I Q R S ( 歐姆定律 及 r 3 增益 g ( R R r Av gm( RS RL r gm( RS RL r 1 g ( R R r 1 g ( R R r m m gs S L S L m S L 50 5

習題 :1, 5, 10, 13, 15, 19, 0, 1,, 5, 7, 3, 33, 36, 37, 44, 46, 47, 48, 50, 56, 57, 61, 63, 65 51 6

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