NMOS管的偏置電路分析及及解讀過程

NMOS管的偏置電路有兩種，一種是用增強型管作為等效電阻的偏置電路，另一種是用耗盡型管作為等效電阻的偏置電路，電路形式分別如圖2.3-2，圖2.3-3所示。

圖2.3-2和圖2.3-3中的M2管其作用相當于圖2.3-1中的偏置電阻RB由MOS管的電流-電壓特性可知，減小MOS管的溝道寬長比（W/L），即增大溝道長度L，可提高漏源兩端的等效電阻阻值（這里說的等效電阻是指直流等效電阻，（VDS/ID））。如果M1、M2管的溝道寬長比決定后，參考電流IR也就確定了。反之，給定參考電流IR以及M1、M?管的工作電壓（VGS）可分別計算出M1管和M2管的溝道寬長比。先對圖2.3-2電路進行討論。

由圖2.3-2可知，M1管和M2管的漏源電流ID相同，等于IR根據電流方程可得

由上述兩個方程得到

上式的閾值電壓VT1、VT2。分別表示為（見第一章（1.2-19）式）

根據（2.3-5）、（2.3-7），可求得M1、M2管的溝道寬長比?，F舉例說明

IR=80微安，VDD=2.5伏，VSS=-2.5伏，VT=1伏，μn=600厘米²/伏秒，tox=1000埃，Io=200微安。

為簡單起見，假設M2管的襯底與源極連接，試計算M1、M2和M3的溝道寬長比。

由（2.3-5）式得

M2管的VGS為

由（2.3-7）式得

圖中的電流源IO與IR的關系式為

M3管的溝道寬長比為

若取L1=L2=L3=10微米，

W1=80微米，W2=20微米，W3=200微米。

由（2.3-5~7）式及上例，可以看出，在給定IR的條件下，MOS管的VGS越大，其溝道寬長比越小。為了增大電流源IO輸出的電壓動態范圍，通常的電壓值取得比較低。因此，當電源電壓（VDD、VSS）較大時，勢必增大M2管的，大大減小其溝道的寬長比。如果上例的電源電壓改為VDD=7.5伏，Vss=-7.5伏，那么伏，W2/L2=W2/269L1，即M2管的溝道寬長比從W1/4L1減少到W1/269L1。為了不過多地減小M2管的溝道寬長比，可采用圖2.3-4

的電路形式。

對于圖2.3-3的偏置電路，也可得如下表示式。

式中的為耗盡型MOS管M2的夾斷電壓，其值為負值，圖2.3-3圖2.3-4NMOS管電路的設計方法與圖2.3-2電路的設計方法相同。

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