mosfet负反馈放大电路(三)资料

MOSFET负反馈放大电路设计主要内容及要求1.1设计目的1）掌握MOSFET负反馈放大电路的构成、原理、与设计方法；2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。1.2 基本要求（1）空载放大增益 10倍，带宽>10kHz；（2）输入电阻>1M ，输出电阻 16 ；（3）两级以上放大环节。1.3 发挥部分1）带宽>100kHz；2）差分式放大输入级；3）其他。设计过程及论文的基本要求2.1设计过程的基本要求1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向；2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图，实际接线图各一份；3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。I摘要“MOSFET”是英文metal-oxide-semiconductorfieldeffecttransistor 的缩写，意即“金属氧化物半导体场效应晶体管” 。小信号MOSFET主要用于模拟电路的信号放大和阻抗变换，近年来，功率MOSFET广泛地应用于电源、 计算机及外设（软、硬盘驱动器、打印机、扫描器等）、消费类电子产品、通信装置、汽车电子及工业控制等领域。我设计MOSFET负反馈放大电路的思路， 首先是根据三极管共射极放大电路具有输入输出电压反相，输入电阻大等特点， 采用三极管共射极放大电路作为 MOSFET负反馈放大电路的输入级。其次是根据MOSFET共漏极放大电路具输入输出电压同相， 输出电阻小等特点， 采用MOSFET共漏极放大电路作为 MOSFET负反馈放大电路的输出级。使负反馈系数约等于零，这样对开环输入电阻输出电阻和带宽几乎没有影响。这样设计很容易满足空载放大增益为 10倍，带宽大于 10kHz，输入电阻大于 1M ，输出电阻小于16 等要求。关键词 MOSFET，负反馈，共源极，三极管，共射极，共漏极II目录课程设计任务书.............................................................................................错误！未定义书签。模拟电子技术课程设计成绩评定表.........................................................错误！未定义书签。II1设计任务描述..........................................................................................................................-1-1.1设计题目：MOSFET负反馈放大电路.........................................................................-1-1.2设计要求......................................................................................................................-1-1.2.1设计目的..........................................................................................................-1-1.2.2基本要求..........................................................................................................-1-1.2.3发挥部分..........................................................................................................-1-2设计思路..................................................................................................................................-2-3设计方框图..............................................................................................................................-3-4各部分电路设计及参数计算..................................................................................................-4-4.1三极管共射极放大输入级..........................................................................................-4-4.1.1静态分析..........................................................................................................-4-4.1.2动态分析..........................................................................................................-4-4.2MOSFET共漏极放大输出级.........................................................................................-5-4.2.1静态分析..........................................................................................................-5-4.2.2动态分析..........................................................................................................-6-4.3反馈回路......................................................................................................................-7-4.4带宽..............................................................................................................................-8-4.4.1高频响应..........................................................................................................-8-4.4.2低频响应..........................................................................................................-9-5工作过程分析........................................................................................................................-10-5.1三极管共射极放大输入级........................................................................................-10-5.1.1直流工作点分析............................................................................................-10-5.1.2电压增益AV1................................................................................................-10-5.2MOSFET共漏极放大输出级.....................................................................................-11-5.2.1直流工作点分析............................................................................................-11-5.35.2.2电压增益AV2...........................................................................................-12-整个电路的实际电压增益A.................................................................................-12-V5.4实际带宽fBWf...........................................................................................................-12-6元器件清单............................................................................................................................-14-7主要元器件介绍....................................................................................................................-15-7.1MOS_3TEN_VIRTUAL....................................................................................................-15-7.22N2712........................................................................................................................-15-7.3OPAMP_3T_VIRTUAL....................................................................................................-16--17--18-参考文献....................................................................................................................................-19-附录A1逻辑电路图..............................................................................................................-20-MOSFET负反馈放大电路1设计任务描述1.1 设计题目：MOSFET负反馈放大电路1.2 设计要求 设计目的1）掌握MOSFET负反馈放大电路的构成、原理、与设计方法；2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。 基本要求空载放大增益10倍，带宽>10kHz；(2) 输入电阻>1M ，输出电阻 16 ；两级以上放大环节。 发挥部分带宽>100kHz；差分式放大输入级；其他。-1-MOSFET负反馈放大电路设计思路根据三极管共射极放大电路具有输入输出电压反相， 输入电阻大等特点， 采用三极管共射极放大电路作为 MOSFET负反馈放大电路的输入级。根据MOSFET共漏极放大电路具输入输出电压同相， 输出电阻小等特点， 采用MOSFET共漏极放大电路作为 MOSFET负反馈放大电路的输出级。由于输入级放大电路的输入输出电压反相， 输出级放大电路的输入输出电压同相， 故用一个集成运算放大器将电压倒相，并将电压反馈到输入级。-2-MOSFET负反馈放大电路设计方框图三极管共射放大电路负反馈MOSFET共漏放大电路-3-MOSFET负反馈放大电路各部分电路设计及参数计算4.1 三极管共射极放大输入级三极管共射极放大电路具有电压增益大，输入输出电压反相等特点。 静态分析该级电路的直流通路如图 所示。令VBEQ0.6V，112VBQRb2Rb3IBQ100k1MIBQVDD20VRb1Rb21k100kVBQVBEQVBQ0.6VIBQ)R6(1112)4k(1解得，IBQ13.4uAICQIBQ11213.4uA1.5mAVCEQVDDICQ(R5R6)20V1.5mA(5.8k4k)5.3V 动态分析该级电路的小信号模型等效电路如图 所示。-4-MOSFET负反馈放大电路图rbe200(1)26200(1112)26mV2.14k[出处：课本130页IE(1112)13.4uA式rce约为11.6kRiRb1||Rb21k100k1M1.001MRb3100k1kR01R5||rce||Ri25.8k||11.6k||19.6k3.23kV02ib(R5||rce||Ri2)Vi2ibrbeAv1Vo1(R5||rce||Ri2)1123.23kVi1rbe2.14k1694.2MOSFET共漏极放大输出级 静态分析该级电路的直流通路如图 所示。-5-MOSFET负反馈放大电路图Rg2VDD1M20V19.6VVGRg220k1MRg1假设场效应管 T1的开启电压为 VT1，NMOS管工作于饱和区，则漏极电流为ID1kn(VGS1VT1)2[出处：课本203页式5.1.6]1参数kn1123uA/V2，VT11VID1123uA/V2(19V1V)240mAVGS1VGID1R1可解得ID140mA，VGS119VVDS120V40mA1519.4V因为VDS1 VGS1 VT1，所以说明NMOS管工作在饱和区，前面的假设正确。 动态分析该级电路的小信号模型等效电路如图 所示。-6-MOSFET负反馈放大电路图4.2.2输入电阻Ri2Rg1||Rg220k||1M19.6k小信号互导为gm12kn1(VGS1VT1)2123uA/V2(19V1V)4mA/V[出处：课本209页式5.1.18]输出电压为VogmVgsR1而Vi2Vgs(1gm)VogmR1故Av20.06Vi21gm4.3 反馈回路MOSFET负反馈放大电路如图 4.3所示。-7-MOSFET负反馈放大电路图4.3由于R12Vo100VoVfRf1000R121M故Vf0，VidViVfViFVo所以闭环增益AvfAvAv1AvF因此，整个电路的空载放大增益为Avf Av A1 A2 169 0.06 10闭环输入电阻Rif 1.001M闭环输出电阻Rof 154.4 带宽由于反馈系数F约等于零，故反馈对带宽的影响很小，可以忽略不计。 高频响应在高频范围内，放大电路中的耦合电容、 旁路电容的容抗很小， 更可视为对交流信号短路。同时因共漏放大电路的源极跟随作用，因而密勒效应很小，所以共漏极电路的高频响应特性也较好，上限截止频率很高，故可不考虑输出级的上限频率。于是可画出其余电路的高频小信号等效电路，如图所示。-8-MOSFET负反馈放大电路图因为Cb'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 低频响应由于下限频率 fL很小，跟上限频率相比可以忽略不计，故在此不分析 fL。-9-MOSFET负反馈放大电路工作过程分析5.1 三极管共射极放大输入级 直流工作点分析该级电路的直流工作点分析的仿真测试结果如图5.1.1所示。图5.1.1由此可知，实际的VBQ6.63282VVBQVBEQ6.63282V0.6V，IBQ)R6(1112)0.013mA，(14kVCEQ 11.35352V 6.01571V 5.33781V则有， 电压增益AV1该级电路的输入输出电压有效值如图 所-10-MOSFET负反馈放大电路图因此有，该级电路的实际电压增益为AV11.193V1697.071mV5.2 MOSFET共漏极放大输出级 直流工作点分析该级电路的直流工作点分析的仿真测试结果如图5.2.1所示图由此可知，实际的 VGS1 19.6V ID1R1，VDS1 20V ID1R1-11-MOSFET负反馈放大电路因为VDS1 VGS1 VT1，所以说明NMOS管工作在饱和区。 电压增益AV2该级电路的输入输出电压有效值如图 所示。图因此有，该级电路的实际电压增益为AV270.913mV0.061.191V5.3 整个电路的实际电压增益 AVAVAV1A1690.0610V25.4 实际带宽fBWf闭环时下限频率的测量结果如图 所示。-12-MOSFET负反馈放大电路图闭环时上限频率的测量结果如图 所示。图由此可知，闭环时电路通频带为fBWf (3.136106 550.817)Hz 3.135MHz-13-MOSFET负反馈放大电路元器件清单序号名称型号数量1电阻122电容63信号源14直流电压源15NMOSFETMOS_3TEN_VIRTUAL16三极管2N271217集成运放放大器OPAMP_3T_VIRTUAL1-14-MOSFET负反馈放大电路主要元器件介绍7.1MOS_3TEN_VIRTUAL数据库名称： 主数据库系列组： transistors系列： TRANSISTORS_VIRTUAL名称： MOS_3TEN_VIRTUAL作者： DMN日期： August08 ，2002功能： VirtualEnhancementModeNMOSFET热敏电阻连接： 0.00热敏电阻状况： 0.00功耗： 0.00降值拐点： 0.00最低工作温度： 0.00最高工作温度： 0.00静电放电： 0.007.22N2712数据库名称： 主数据库系列组： transistors系列： BJT_NPN名称： 2N2712作者： TL日期： February06,1998功能：描述：热敏电阻连接：0.00热敏电阻状况：0.00功耗：0.60降值拐点：0.00最低工作温度：0.00最高工作温度：0.00静电放电：0.00

Vceo18Vcbo18Ic[max]0.5hFE[min]75hFE[max]225Ft90Pd0.6PackageTO92-15-MOSFET负反馈放大电路7.3OPAMP_3T_VIRTUAL数据库名称:系列组:系列:名称:作者:日期:功能:描述::::::热敏电阻连接：热敏电阻状况：功耗:降值拐点：:最低工作温度:最高工作温度:静电放电：:

主数据库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负反馈放大电路小结经过近一周的努力 ,在老师和同学的帮助下 ,我基本上