5。 MOSFET集成电路
电流– 5. MOSFET集成电路
上一个 - 4。 FET放大器配置和偏置
MOSFET集成电路
当MOSFET晶体管被制造为集成电路的一部分时，实际考虑需要电路配置的两个主要变化。 首先，由于尺寸小，分立放大器中使用的大耦合和旁路电容实际上不能在集成电路中制造。 我们通过制造直接耦合放大器来克服这个缺点。
第二个主要变化是我们不能轻易地制造用作偏置电路一部分的电阻器。 相反，我们使用由MOS晶体管组成的有源负载和电流源。
集成电路使用NMOS和PMOS电路。 CMOS在数字电路中更常见，而NMOS通常用于更高密度的IC（即，每个芯片具有更多功能）。
模拟有源负载利用了MOS特性曲线的斜率。 图23显示了两种类型的活动负载。 在图23（a）中，我们显示了NMOS增强负载，而23（b）显示了NMOS耗尽负载。 图中还显示了相关的特性曲线。
图23 - 活动负载
对于NMOS增强负载，电压和电流之间的关系由下式给出
(29)
此配置的等效电阻为1 /gm，其中跨导的值是在偏置点处应用的值。
NMOS耗尽负载具有等效电阻，该等效电阻由下式给出的特性的斜率确定
(30)
MOSFET集成电路的5.1偏置
现在我们有两种模拟有效负载的技术，我们可以解决偏置问题。 我们在任何电路配置中使用有源负载代替负载电阻。 为了展示分析这些技术，我们考虑使用增强负载的NMOS放大器，如图24所示。
标有晶体管 Q2 取代 RD 我们之前的电路。 为了确定静态工作点，我们使用与第4节“ FET放大器配置和偏置”相同的技术，只是用增强负载图形特性代替了电阻负载线。 也就是说，我们需要找到FET晶体管特性与负载线方程的同时解。 我们可以以图形方式执行此操作，如图25所示。
参数曲线是放大晶体管Q的特性曲线1。 有源负载的电压与电流特性， Q2 是图23的那些。 输出电压， v输出，是区别 VDD 和有效负载两端的电压。 有源负载中的电流与放大晶体管中的漏极电流相同。 因此，我们通过采用图23特征的移位镜像来构造载荷线。 工作点是该曲线与适当的晶体管特性曲线的交点。 我们需要找到栅极 - 源极电压，以了解选择哪条晶体管曲线。 正如我们接下来将看到的，输入偏置电压通常由有源电流源代替。
图25 - Q点的图形解决方案
现在我们知道如何模拟有源负载，我们将注意力转移到产生参考电流，以用作输入偏置电路的一部分。 这些电流源的使用方式与我们用于BJT放大器偏置的方式大致相同。
图26 - 当前镜像
我们分析MOSFET 电流镜。 当前镜像如图26所示。 假设两个晶体管完全匹配。 输出电流是漏极电流 Q2和参考电流驱动器 Q1。 如果晶体管完全匹配，则输出电流将恰好等于参考电流。 这是正确的，因为晶体管并联连接。 就像BJT电流镜一样，可以通过在参考电阻两端施加参考电压来生成参考电流，如图26（b）所示。
将各种子电路放在一起（即有源负载和参考电流）会产生图27的CMOS放大器。
该放大器的增益由下式给出
(31)
图27 - CMOS放大器
5.2身体效果
我们对“ 2.节”的讨论。 “金属氧化物半导体FET（MOSFET）”是指MOSFET的基板（或主体）。 该底物在建立通道中起重要作用。 在分立MOSFET的操作中，主体通常连接到电源。 在这种情况下，基材对设备的操作没有直接影响，并且适用本章前面介绍的曲线。
当MOSFET作为集成电路的一部分制造时，情况会发生变化。 在这种情况下，每个单独晶体管的衬底不与其他衬底隔离。 实际上，衬底通常在芯片上的所有MOSFET之间共享。 在PMOS IC中，共享衬底将连接到最正的源极端子，而在NMOS中，它连接到地（或者如果存在则连接到负电源）。 这在每个晶体管的源极和主体之间建立了反向偏压。 这种反向偏压的作用是改变操作特性。 例如，在 n- 通道设备，它有效地提高了门槛（VT）。 阈值变化的量取决于物理参数和设备构造。 对于NMOS，这种变化可以近似为
(32)
在等式（32）中，γ是在约0.3和1（V之间）之间变化的器件参数-1/2). VSB 是源-体电压，是 费米潜力。 这是材料的特性，硅的典型值是0.3 V.