mosfet負(fù)反饋放大電路(三)資料

MOSFET負(fù)反饋放大電路設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求1.1設(shè)計(jì)目的1）掌握MOSFET負(fù)反饋放大電路的構(gòu)成、原理、與設(shè)計(jì)方法；2）熟悉模擬元件的選擇、使用方法。1.2 基本要求（1）空載放大增益 10倍，帶寬>10kHz；（2）輸入電阻>1M ，輸出電阻 16 ；（3）兩級以上放大環(huán)節(jié)。1.3 發(fā)揮部分1）帶寬>100kHz；2）差分式放大輸入級；3）其他。設(shè)計(jì)過程及論文的基本要求2.1設(shè)計(jì)過程的基本要求1）基本部分必須完成，發(fā)揮部分可任選2個(gè)方向；2）符合設(shè)計(jì)要求的報(bào)告一份，其中包括邏輯電路圖，實(shí)際接線圖各一份；3）設(shè)計(jì)過程的資料、草稿要求保留并隨設(shè)計(jì)報(bào)告一起上交；報(bào)告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。2.2 課程設(shè)計(jì)論文的基本要求1）參照畢業(yè)設(shè)計(jì)論文規(guī)范打印，文字中的小圖需打印。項(xiàng)目齊全、不許涂改，不少于3000字。圖紙為A3，附錄中的大圖可以手繪，所有插圖不允許復(fù)印。2）裝訂順序：封面、任務(wù)書、成績評審意見表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文（設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)框圖、各部分電路及參數(shù)計(jì)算（重要）、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹）、小結(jié)、參考文獻(xiàn)、附錄（邏輯電路圖與實(shí)際接線圖）。I摘要“MOSFET”是英文metal-oxide-semiconductorfieldeffecttransistor 的縮寫，意即“金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管” 。小信號MOSFET主要用于模擬電路的信號放大和阻抗變換，近年來，功率MOSFET廣泛地應(yīng)用于電源、 計(jì)算機(jī)及外設(shè)（軟、硬盤驅(qū)動器、打印機(jī)、掃描器等）、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信裝置、汽車電子及工業(yè)控制等領(lǐng)域。我設(shè)計(jì)MOSFET負(fù)反饋放大電路的思路， 首先是根據(jù)三極管共射極放大電路具有輸入輸出電壓反相，輸入電阻大等特點(diǎn)， 采用三極管共射極放大電路作為 MOSFET負(fù)反饋放大電路的輸入級。其次是根據(jù)MOSFET共漏極放大電路具輸入輸出電壓同相， 輸出電阻小等特點(diǎn)， 采用MOSFET共漏極放大電路作為 MOSFET負(fù)反饋放大電路的輸出級。使負(fù)反饋系數(shù)約等于零，這樣對開環(huán)輸入電阻輸出電阻和帶寬幾乎沒有影響。這樣設(shè)計(jì)很容易滿足空載放大增益為 10倍，帶寬大于 10kHz，輸入電阻大于 1M ，輸出電阻小于16 等要求。關(guān)鍵詞 MOSFET，負(fù)反饋，共源極，三極管，共射極，共漏極II目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書.............................................................................................錯誤！未定義書簽。模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)成績評定表.........................................................錯誤！未定義書簽。II1設(shè)計(jì)任務(wù)描述..........................................................................................................................-1-1.1設(shè)計(jì)題目：MOSFET負(fù)反饋放大電路.........................................................................-1-1.2設(shè)計(jì)要求......................................................................................................................-1-1.2.1設(shè)計(jì)目的..........................................................................................................-1-1.2.2基本要求..........................................................................................................-1-1.2.3發(fā)揮部分..........................................................................................................-1-2設(shè)計(jì)思路..................................................................................................................................-2-3設(shè)計(jì)方框圖..............................................................................................................................-3-4各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算..................................................................................................-4-4.1三極管共射極放大輸入級..........................................................................................-4-4.1.1靜態(tài)分析..........................................................................................................-4-4.1.2動態(tài)分析..........................................................................................................-4-4.2MOSFET共漏極放大輸出級.........................................................................................-5-4.2.1靜態(tài)分析..........................................................................................................-5-4.2.2動態(tài)分析..........................................................................................................-6-4.3反饋回路......................................................................................................................-7-4.4帶寬..............................................................................................................................-8-4.4.1高頻響應(yīng)..........................................................................................................-8-4.4.2低頻響應(yīng)..........................................................................................................-9-5工作過程分析........................................................................................................................-10-5.1三極管共射極放大輸入級........................................................................................-10-5.1.1直流工作點(diǎn)分析............................................................................................-10-5.1.2電壓增益AV1................................................................................................-10-5.2MOSFET共漏極放大輸出級.....................................................................................-11-5.2.1直流工作點(diǎn)分析............................................................................................-11-5.35.2.2電壓增益AV2...........................................................................................-12-整個(gè)電路的實(shí)際電壓增益A.................................................................................-12-V5.4實(shí)際帶寬fBWf...........................................................................................................-12-6元器件清單............................................................................................................................-14-7主要元器件介紹....................................................................................................................-15-7.1MOS_3TEN_VIRTUAL....................................................................................................-15-7.22N2712........................................................................................................................-15-7.3OPAMP_3T_VIRTUAL....................................................................................................-16--17--18-參考文獻(xiàn)....................................................................................................................................-19-附錄A1邏輯電路圖..............................................................................................................-20-MOSFET負(fù)反饋放大電路1設(shè)計(jì)任務(wù)描述1.1 設(shè)計(jì)題目：MOSFET負(fù)反饋放大電路1.2 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)目的1）掌握MOSFET負(fù)反饋放大電路的構(gòu)成、原理、與設(shè)計(jì)方法；2）熟悉模擬元件的選擇、使用方法。 基本要求空載放大增益10倍，帶寬>10kHz；(2) 輸入電阻>1M ，輸出電阻 16 ；兩級以上放大環(huán)節(jié)。 發(fā)揮部分帶寬>100kHz；差分式放大輸入級；其他。-1-MOSFET負(fù)反饋放大電路設(shè)計(jì)思路根據(jù)三極管共射極放大電路具有輸入輸出電壓反相， 輸入電阻大等特點(diǎn)， 采用三極管共射極放大電路作為 MOSFET負(fù)反饋放大電路的輸入級。根據(jù)MOSFET共漏極放大電路具輸入輸出電壓同相， 輸出電阻小等特點(diǎn)， 采用MOSFET共漏極放大電路作為 MOSFET負(fù)反饋放大電路的輸出級。由于輸入級放大電路的輸入輸出電壓反相， 輸出級放大電路的輸入輸出電壓同相， 故用一個(gè)集成運(yùn)算放大器將電壓倒相，并將電壓反饋到輸入級。-2-MOSFET負(fù)反饋放大電路設(shè)計(jì)方框圖三極管共射放大電路負(fù)反饋MOSFET共漏放大電路-3-MOSFET負(fù)反饋放大電路各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算4.1 三極管共射極放大輸入級三極管共射極放大電路具有電壓增益大，輸入輸出電壓反相等特點(diǎn)。 靜態(tài)分析該級電路的直流通路如圖 所示。令VBEQ0.6V，112VBQRb2Rb3IBQ100k1MIBQVDD20VRb1Rb21k100kVBQVBEQVBQ0.6VIBQ)R6(1112)4k(1解得，IBQ13.4uAICQIBQ11213.4uA1.5mAVCEQVDDICQ(R5R6)20V1.5mA(5.8k4k)5.3V 動態(tài)分析該級電路的小信號模型等效電路如圖 所示。-4-MOSFET負(fù)反饋放大電路圖rbe200(1)26200(1112)26mV2.14k[出處：課本130頁IE(1112)13.4uA式rce約為11.6kRiRb1||Rb21k100k1M1.001MRb3100k1kR01R5||rce||Ri25.8k||11.6k||19.6k3.23kV02ib(R5||rce||Ri2)Vi2ibrbeAv1Vo1(R5||rce||Ri2)1123.23kVi1rbe2.14k1694.2MOSFET共漏極放大輸出級 靜態(tài)分析該級電路的直流通路如圖 所示。-5-MOSFET負(fù)反饋放大電路圖Rg2VDD1M20V19.6VVGRg220k1MRg1假設(shè)場效應(yīng)管 T1的開啟電壓為 VT1，NMOS管工作于飽和區(qū)，則漏極電流為ID1kn(VGS1VT1)2[出處：課本203頁式5.1.6]1參數(shù)kn1123uA/V2，VT11VID1123uA/V2(19V1V)240mAVGS1VGID1R1可解得ID140mA，VGS119VVDS120V40mA1519.4V因?yàn)閂DS1 VGS1 VT1，所以說明NMOS管工作在飽和區(qū)，前面的假設(shè)正確。 動態(tài)分析該級電路的小信號模型等效電路如圖 所示。-6-MOSFET負(fù)反饋放大電路圖4.2.2輸入電阻Ri2Rg1||Rg220k||1M19.6k小信號互導(dǎo)為gm12kn1(VGS1VT1)2123uA/V2(19V1V)4mA/V[出處：課本209頁式5.1.18]輸出電壓為VogmVgsR1而Vi2Vgs(1gm)VogmR1故Av20.06Vi21gm4.3 反饋回路MOSFET負(fù)反饋放大電路如圖 4.3所示。-7-MOSFET負(fù)反饋放大電路圖4.3由于R12Vo100VoVfRf1000R121M故Vf0，VidViVfViFVo所以閉環(huán)增益AvfAvAv1AvF因此，整個(gè)電路的空載放大增益為Avf Av A1 A2 169 0.06 10閉環(huán)輸入電阻Rif 1.001M閉環(huán)輸出電阻Rof 154.4 帶寬由于反饋系數(shù)F約等于零，故反饋對帶寬的影響很小，可以忽略不計(jì)。 高頻響應(yīng)在高頻范圍內(nèi)，放大電路中的耦合電容、 旁路電容的容抗很小， 更可視為對交流信號短路。同時(shí)因共漏放大電路的源極跟隨作用，因而密勒效應(yīng)很小，所以共漏極電路的高頻響應(yīng)特性也較好，上限截止頻率很高，故可不考慮輸出級的上限頻率。于是可畫出其余電路的高頻小信號等效電路，如圖所示。-8-MOSFET負(fù)反饋放大電路圖因?yàn)镃b'c0.02pF，rbb'40，gm10uS，Cb'e0.01pF，Rb11k，Rb2100k，Rb31M,112，VT26mV，R55.8k，IBQ13.4uA,rb'e26mV26k1.9k故13.4103mA13.4fH12[(R1||Rb2Rb3rbb')||rb'e][Cb'e(1gmR5)Cb'e]=12 3.14 [(1k ||100k 1M 40 )||1.9k ][0.01PF (1 10us 5.8k ) 0.02PF]3MHz 低頻響應(yīng)由于下限頻率 fL很小，跟上限頻率相比可以忽略不計(jì)，故在此不分析 fL。-9-MOSFET負(fù)反饋放大電路工作過程分析5.1 三極管共射極放大輸入級 直流工作點(diǎn)分析該級電路的直流工作點(diǎn)分析的仿真測試結(jié)果如圖5.1.1所示。圖5.1.1由此可知，實(shí)際的VBQ6.63282VVBQVBEQ6.63282V0.6V，IBQ)R6(1112)0.013mA，(14kVCEQ 11.35352V 6.01571V 5.33781V則有， 電壓增益AV1該級電路的輸入輸出電壓有效值如圖 所-10-MOSFET負(fù)反饋放大電路圖因此有，該級電路的實(shí)際電壓增益為AV11.193V1697.071mV5.2 MOSFET共漏極放大輸出級 直流工作點(diǎn)分析該級電路的直流工作點(diǎn)分析的仿真測試結(jié)果如圖5.2.1所示圖由此可知，實(shí)際的 VGS1 19.6V ID1R1，VDS1 20V ID1R1-11-MOSFET負(fù)反饋放大電路因?yàn)閂DS1 VGS1 VT1，所以說明NMOS管工作在飽和區(qū)。 電壓增益AV2該級電路的輸入輸出電壓有效值如圖 所示。圖因此有，該級電路的實(shí)際電壓增益為AV270.913mV0.061.191V5.3 整個(gè)電路的實(shí)際電壓增益 AVAVAV1A1690.0610V25.4 實(shí)際帶寬fBWf閉環(huán)時(shí)下限頻率的測量結(jié)果如圖 所示。-12-MOSFET負(fù)反饋放大電路圖閉環(huán)時(shí)上限頻率的測量結(jié)果如圖 所示。圖由此可知，閉環(huán)時(shí)電路通頻帶為fBWf (3.136106 550.817)Hz 3.135MHz-13-MOSFET負(fù)反饋放大電路元器件清單序號名稱型號數(shù)量1電阻122電容63信號源14直流電壓源15NMOSFETMOS_3TEN_VIRTUAL16三極管2N271217集成運(yùn)放放大器OPAMP_3T_VIRTUAL1-14-MOSFET負(fù)反饋放大電路主要元器件介紹7.1MOS_3TEN_VIRTUAL數(shù)據(jù)庫名稱： 主數(shù)據(jù)庫系列組： transistors系列： TRANSISTORS_VIRTUAL名稱： MOS_3TEN_VIRTUAL作者： DMN日期： August08 ，2002功能： VirtualEnhancementModeNMOSFET熱敏電阻連接： 0.00熱敏電阻狀況： 0.00功耗： 0.00降值拐點(diǎn)： 0.00最低工作溫度： 0.00最高工作溫度： 0.00靜電放電： 0.007.22N2712數(shù)據(jù)庫名稱： 主數(shù)據(jù)庫系列組： transistors系列： BJT_NPN名稱： 2N2712作者： TL日期： February06,1998功能：描述：熱敏電阻連接：0.00熱敏電阻狀況：0.00功耗：0.60降值拐點(diǎn)：0.00最低工作溫度：0.00最高工作溫度：0.00靜電放電：0.00

Vceo18Vcbo18Ic[max]0.5hFE[min]75hFE[max]225Ft90Pd0.6PackageTO92-15-MOSFET負(fù)反饋放大電路7.3OPAMP_3T_VIRTUAL數(shù)據(jù)庫名稱:系列組:系列:名稱:作者:日期:功能:描述::::::熱敏電阻連接：熱敏電阻狀況：功耗:降值拐點(diǎn)：:最低工作溫度:最高工作溫度:靜電放電：:

主數(shù)據(jù)庫AnalogANALOG_VIRTUALOPAMP_3T_VIRTUALDMNJuly30,20023TerminalVirtualOp-AmpInput_Voffset=Input_Ibias=Gain_BW=Slew_Rate=Number=Package=NONE: 0.00: 0.000.000.000.000.000.00-16-MOSFET負(fù)反饋放大電路小結(jié)經(jīng)過近一周的努力 ,在老師和同學(xué)的幫助下 ,我基本上