NMOS放大器电路模型详解(二)

上期内容回顾

设计一个放大器需要压控电流源。

NMOS在工作在饱和区时是一个非线性压控电流源，小信号时可以看成是线性的。

放大倍数与偏置有关。

本期内容

直流偏置电路

小信号电路模型

总结大信号电路模型与小信号电路模型的区别

1、直流偏置电路

上期内容我们提到过一个小信号要想放大，加直流偏置。直流偏置的作用是：

第一，因为V_GS需要大于V_TH，NMOS才能正常工作。

第二，因为V-I曲线的斜率g_m和V_GS成正比，当V_GS比较小时，g_m非常小，不能得到很好的放大倍数。

好，我们给出合适的直流偏置，如图Fig. 1，输入到MOS管栅极的电压为V_in=V_s,in+V_l,in，V_s,in表示小信号的输入，V_l,in表示大信号的直流电压。V_out=V_l,out+V_s,out表示漏极输出电压。V_l,out表示大信号直流分量，V_s,out表示小信号的放大输出，是我们最关心的量。

Fig. 1

用上一期我们证明的等效电路模型可以得到下面的电路图：

Fig.2

2、小信号放大模型

上期我们提到当信号输入特别小时，mos管的放大可以看成是线性放大，现在我们用严格的数学公式证明一下：

其中，蓝色框中的公式为大信号输入输出公式，红色框中的公式为小信号输入输出，很明显可以看出，大信号模型的输入输出不是线性关系，只有小信号的输入输出成线性关系。所以根据这两个公式，我们可以把Fig. 2中的电路图拆成两部分，一个是大信号电路图Fig. 3(用于求解电压偏置)，另一个是小信号电路图Fig. 4(用于求解放大倍数相关的参数)

Fig. 3 大信号模型

Fig. 4小信号模型

3、总结大信号电路模型与小信号电路模型的区别

比较Fig. 3和Fig. 4我们可以看到大信号电路模型与小信号电路模型主要有以下两点不同：

①、在小信号模型中输入端直流偏压和输出端VCC都为零，也就是直接接地。

②、MOS管等效的压控电流源不同，小信号模型是线性的，大信号模型是非线性的。