MOSFET理解與應用:Lec 14—如何提高放大器的Robust

2021-01-15 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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