單級(jí)放大器知識(shí)講座-資料下載頁(yè)
2025-06-21 23:58本頁(yè)面
【正文】 ；當(dāng)Vi≥Vth1，M1產(chǎn)生電流，Vo則降低，VGS2上升而VA下降。飽和狀態(tài)：指M1與M2都處于飽和態(tài)，其條件是：M1管飽和的條件為()：VA≥Vi－Vth1，而 VA＝Vb－VGS2，則：Vb－VGS2≥Vi－Vth1，所以：Vb＞Vi＋VGS2－Vth1。M2管飽和的條件為：Vo≥Vb－Vth2，若Vb定義在M1進(jìn)入飽和區(qū)的邊緣，則：Vo≥Vi－Vth1＋VGS2－Vth2。 共源共柵電路的偏置電壓所以，保證M1與M2都處于飽和態(tài)的最小輸出電平等于M1與M2的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓之和，也就是說(shuō)，M2的加入使輸出壓擺至少減小了M2的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓。線性區(qū)： 指M1或M2處于線性區(qū)，即當(dāng)Vi達(dá)到夠大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)兩種效應(yīng)：(1) VA比Vi小Vth1，M1先進(jìn)入三極管區(qū)；(2) Vo比Vb低Vth2，促使M2進(jìn)入三極管區(qū)。根據(jù)器件尺寸及R與Vb的值，則先出現(xiàn)其中一種情況，如：當(dāng)Vb相當(dāng)?shù)蜁r(shí)，M1可能先進(jìn)入三極管區(qū)。注：若M2進(jìn)入深三極管區(qū)，VA與Vo則接近相等。由以上分析可得到共源共柵電路的輸入－輸出特性。 共源共柵級(jí)的輸入－輸出特性2 交流小信號(hào)分析。由于由輸入器件產(chǎn)生的漏極電流必定流入級(jí)聯(lián)級(jí)器件，在忽略溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，其電壓增益與共源放大級(jí)的增益相同?！」苍垂矕偶?jí)的小信號(hào)等效電路 3 輸出阻抗級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要特性是高輸出阻抗，(a)所示。（b）則是其等效電路。（a） (b) 共源共柵級(jí)輸出電阻 (a) 示意圖 （b）等效電路圖根據(jù)KCL定理可得： ?。ǎ┧?，輸出電阻為： ()假設(shè)gmro 1，則有： ?。ǎ┥鲜奖砻鞔恿薓2使M1的輸出阻抗為原來(lái)(gm2+ gmb2) ro2倍，即輸出阻抗大大增大。高輸出阻抗是非常有用的，對(duì)于共源放大器等其電壓增益可寫成GmRo，由于Gm主要由器件的跨導(dǎo)決定，增大Gm就必須權(quán)衡偏置電流與器件電容等，因此一般通過(guò)增大Ro來(lái)增大電壓增益。 分析級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的輸出電阻的特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)：通過(guò)級(jí)聯(lián)更多的MOS管以獲得更大的輸出阻抗，但這是以消耗更大的電壓余度而降低輸出電壓擺幅為代價(jià)的。三級(jí)級(jí)聯(lián)的最小輸出電壓等于三個(gè)過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓之和。所以更多的級(jí)聯(lián)管也不可取?！∪?jí)的共源共柵結(jié)構(gòu)4 提高電壓增益方法：1) 采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)：由以上分析可知，如采用相同管子尺寸的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)可以提高電壓增益，且電壓增益約為(gmro )2。缺點(diǎn)是其輸出的電壓的最小值為兩個(gè)過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓。2) 對(duì)于共源結(jié)構(gòu)在某一給定電流下增大輸入三極管的溝道長(zhǎng)度：因?yàn)樵龃笕龢O管溝道長(zhǎng)度可以增大交流電阻，進(jìn)而提高電壓增益。共源結(jié)構(gòu)的電壓增益為： ()在上式中，由于KN與溝道長(zhǎng)L成反比，而λ∝1/L，所以電壓增益與溝道長(zhǎng)度的平方根成正比，即增大輸入三極管的溝道長(zhǎng)度可以提高電壓增益。缺點(diǎn)：為了保證電流相等，在增大輸入三極管的溝道長(zhǎng)度時(shí)必須增大輸入三極管的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓。所以其最小輸出電壓也提高，輸出壓擺減小?！ ?5 級(jí)聯(lián)電路的應(yīng)用：（1）級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)構(gòu)成電流源由以上分析可知，級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)具有很高的輸出阻抗，因此可以用這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成恒流源，但這是以消耗電壓余度為代價(jià)的。，則其級(jí)聯(lián)電流源的電阻為： ?。ǎ┒鴮?duì)于MM2也構(gòu)成一個(gè)共源共柵結(jié)構(gòu)，則其輸出電阻形式與式（）一致，因此其總的輸出阻抗應(yīng)為這兩個(gè)電阻的并聯(lián)，即：?。ǎ┯捎贛1為放大管，因此Gm＝gm1，所以有|Av|≈gm1 Ro，對(duì)于典型值，其電壓增益近似為： ?。ǎ┝硗猓灰獤牌秒妷哼x擇恰當(dāng)，則最大輸出壓擺等于VDD－(VGS1－Vth1)－(VGS2－Vth2)－|VGS3－Vth3|－|VGS4－Vth4|?！〔捎肞MOS共源共柵負(fù)載的NMOS共源共柵放大器 （2） 屏蔽特性：通過(guò)前面的分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)共源共柵的輸出節(jié)點(diǎn)電壓改變?chǔ)時(shí)，由于共源共柵結(jié)構(gòu)具有高輸出阻抗特性，因此只會(huì)引起級(jí)聯(lián)器件的源極電位的很小變化，即級(jí)聯(lián)三極管使輸入器件的工作狀態(tài)不受輸出電壓變化的影響，這就是所謂的共源共柵的屏蔽特性，這種特性在許多電路（如電流源）中是得以應(yīng)用。但是，如果級(jí)聯(lián)器件工作在三極管區(qū)，則級(jí)聯(lián)的隔離特性就會(huì)消失?！≌郫B式級(jí)聯(lián) 級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)是先通過(guò)共源結(jié)構(gòu)把輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)輸出，然后通過(guò)共柵級(jí)進(jìn)行放大，因此只要實(shí)現(xiàn)以上功能，輸入器件與級(jí)聯(lián)器件不必是同種類型。因此就出現(xiàn)了折疊式級(jí)聯(lián)，PMOS管M1作為放大管，NMOS管M2作為級(jí)聯(lián)管。 折疊式級(jí)聯(lián)簡(jiǎn)化原理圖、M2加偏置?！‰娏髟雌玫恼郫B式共源共柵結(jié)構(gòu)當(dāng)然也可以用NMOS作為放大管，而PMOS作為級(jí)聯(lián)管的折疊式共源共柵電路。1 直流分析：，Vi從VDD逐步下降，則有：截止態(tài)：Vi＞VDD－|Vth1|，M1截止，M2消耗所有電流I1，則有Vo=VDD－I1R。飽和態(tài)：Vi＜VDD－|Vth1|時(shí)，M1工作于飽和區(qū)，有： ?。ǎ┊?dāng)Vi繼續(xù)減小時(shí)，ID2減小的更快，若ID1＝I1，則ID2降為0。因此： （）故： ()線性區(qū)：若Vi比式（）中的輸入電平更低，ID1有比I1更大的趨勢(shì)，而M1進(jìn)入三極管區(qū)以使ID1＝I1。 折疊式共源共柵的大信號(hào)特性 小信號(hào)工作：當(dāng)Vi較大時(shí)，|ID1|減小，使ID2減小，因此Vo下降，電路的輸出阻抗與電壓增益通過(guò)計(jì)算NMOS—PMOS級(jí)聯(lián)來(lái)得到。2 輸出電阻：?！≌郫B式共源共柵結(jié)構(gòu)的輸出阻抗圖中MM2構(gòu)成PMOS－NMOS折疊共源共柵結(jié)構(gòu)，而M3作為一電流源，則其輸出阻抗可通過(guò)式（）可得到： （）因此，該電路的輸出阻抗比級(jí)聯(lián)電路的要小。75 / 26
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