MOS場效應管柵漏連接的有源電阻解析

MOS模擬集成電路中MOS場效應管的主要應用有以下三個方面：其一是作為放大器的有源負載，以提高放大器的增益和電路的集成度；其二是作為可變的線性電阻，以實現放大器的增益控制或控制振蕩器的反饋強弱；MOS管柵漏有源電阻。其三是作為等效電阻構成分壓電路等。MOS管的有源電阻有如下幾種形式。

一、MOS場效應管柵漏連接的有源電阻

MOS場效應管柵漏連接的有源電阻（增強型場效應管）如圖2.1-1a、b所示。對于n溝器件其源極通常接在電源電壓的負端，從而消除襯底效應。同樣，對于P溝器件其源極接在電源電壓的正端，也可消除襯底效應。MOS管柵漏有源電阻。因VGS=VDS==V，故圖2.1-1a、b有源電阻的V-I特性如圖2.1-1c所示。由于柵漏相連，工作在飽和區，其V-I特性可表示為：

令，（2.1-1）式也可寫為電壓形式，即      （2.1-2）

若VDS=0，則利用（2.1-1）式或（2.1-3）式可得圖2.1-1a，bMOS場效應管的等效電阻，其阻值為

由第一章（1.3-37）式可知，上式的等效電阻ro等于跨導gm的倒數，即

我們也可用圖2.1-1d小信號等效電路來計算ro，其表示式為

由上式可知，要提高MOS管柵漏連接的有源電阻的阻值，可減小溝道的寬度W，增大溝道長度L，即減小溝道的寬長比。由于受幾何尺寸的限制，ro不可能做得很大，因此用柵漏連接的增強型MOS管作為放大器的負載時，電壓增益較小。但利用這種有源器件可構成分壓器，其形式如圖2.1-2所示。

現考慮該圖的設計方法。設圖中的各參數為；VDD=5伏，Vss=-5伏，VT=±1伏，，，要求輸出電壓VG=1伏，，根據（2.1-1）式可得：

由上式可求得M1和M2管的寬長比為：

分壓器也可由全NMOS管構成，其形式如圖2.1-3所示。根據分壓電壓V1、V2、V3的大小，工作電流ID的數值以及考慮M2和M3管的襯底偏置效應，利用（2.1-1）式可求得M1、M2和M3的寬長比。

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