31、MOSFET放大器及相关模型解析

MOSFET放大器及相关模型解析

1. 共源级电路分析

1.1 共源级输出电压表达式

对于由 p 沟道 MOSFET 构建的共源级电路，其输出电压 $v_{OUT}$ 可由以下公式表示：
$v_{OUT} = -V_S + R_2(-i_{D3}) = -V_S + R_2\frac{K_p}{2}(v_{SG3} + V_{Tp})^2$ （式 7.71）

结合相关方程可得：
$v_{OUT} = \frac{R_2K_p}{2}\left(\frac{R_1K_n}{8}\left(\sqrt{\frac{4I_S}{K_n}}-(v_{IN1}-v_{IN2})^2 - v_{IN1} + v_{IN2}\right)^2 + V_{Tp}\right)^2 - V_S$ （式 7.72）

若要满足当 $v_{IN1} = v_{IN2}$ 时，$v_{OUT} = 0$，则需满足：
$V_S = \frac{R_2K_p}{2}\left(\sqrt{\frac{R_1I_S}{2}} + V_{Tp}\right)^2$ （式 7.73）

1.2 数值分析示例

假设 $V_S = 10 V$，$I_S = 0.5 mA$，$K_n = 1 mA/V^2$，$V_{Tn} = 1 V$，$R_1 = 10 k\Omega$，$K_p = 1 mA/V^2$，$V_{Tp} = -1.5 V$。由式 7.73 可得，为使 $v_{OUT}$ 在 $v_{IN1} = v_{IN2}$ 时偏置为 0 V，$R_2$ 必须为 20 kΩ。此时，运算放大器的空载输入 - 输出关系为：