MOSFET理解與應用:Lec 14—如何提高放大器的Robust

2021-01-06 電子電路那些事兒

根據Lec 12和Lec 13這兩期的內容MOSFET理解與應用：Lec 12—一篇文章搞定共源級放大電路，MOSFET理解與應用：Lec 13—設計一個實際的共源級放大電路，我們已經設計了一個實際可以用的放大器，我們可以根據這些知識設計出五倍、十倍的放大器，但是當我們要生產成千上萬這种放大器的時候，我們就不得不考慮這個器件的魯棒性Robust。OK，本期就談談這個Robust。

本期內容

哪些因素會影響MOSFET放大器的Robust增加一個電阻，提高Robust增加一個電容，兩全其美——————————————————————————————————

1、哪些因素會影響MOSFET放大器的Robust

首先看之前講過的共源級放大電路的放大倍數表達式，這個在MOSFET理解與應用：Lec 7—放大器電路模型II中詳細推導過。我們就用這個表達式來分析放大器的Robust。

①、溫度：溫度會影響u_n，前面介紹過u_n可以理解為電荷的運動能力，只有在一定溫度範圍內u_n才能保持一個穩定的數值，所以器件的Datasheet一般都會表明該器件能夠正常工作的溫度範圍。

②、供電電壓：供電電壓如果不夠穩定，紋波較大，直流偏置電壓VGS就會抖動，從而影響放大倍數。

③、工藝：由於廠家工藝的限制，同一廠家今天做的晶圓和昨天做的晶圓一定會有略微的差異，不同廠家生成的晶圓片之間可能差異更大，這一差異會導致不同晶圓片的V_TH不同，W/L不同，Cox不同，R_D不同。

2、增加一個電阻，提高Robust

Fig. 1

看圖Fig. 1中電路，左圖為我們之前介紹的常規的放大電路，右圖唯一的不同是在MOSFET的源級加上了一個電子，這個電阻是什麼作用呢？我們把MOSFET的小信號電路模型帶入右圖，利用之前講解的內容很容易救可以求出它的放大倍數，弄不明白的小姐姐可以留言，手把手把你搞明白。

從這個式子中可以看出當溫度、供電電壓、工藝導致gm變化時，由於R_S的作用，使放大倍數的穩定性提高很多，一個極限的例子是當R_S遠大於1/gm時，放大倍數為R_D/R_S，與gm沒有關係了，由於工藝的原因，同一晶圓片上的電阻要麼都偏大，要麼都偏小，這樣比值偏差的程度就小很多。雖然R_S可以大大提高器件的Robust，但是我們付出的代價確是放大倍數的降低。（R_S=0時為我們之前得到的放大倍數）

3、增加一個電容，兩全其美

供電電壓的穩定對器件的Robust影響是非常大的，如果忽略溫度和廠家工藝對Robust的影響，只考慮供電電壓影響的畫，可以實用下面的拓撲結構，在MOSFET的源級再並聯上一個電容C_S，這樣可以減小直流供電電壓對放大倍數穩定性的影響，又不會因為R_S的引入導致放大倍數的下降。兩全其美

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至此，共源級放大電路的基本形式就介紹完了，下期介紹共源級放大器的另外幾種常見的變形，看看你是不是認識？有任何問題隨時留言，一起討論學習 ：)

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