單級放大器知識講座-資料下載頁
2025-06-21 23:58本頁面
【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進入飽和區(qū)的邊緣，則：Vo≥Vi－Vth1＋VGS2－Vth2?！」苍垂矕烹娐返钠秒妷核裕ＷCM1與M2都處于飽和態(tài)的最小輸出電平等于M1與M2的過驅(qū)動電壓之和，也就是說，M2的加入使輸出壓擺至少減小了M2的過驅(qū)動電壓。線性區(qū)： 指M1或M2處于線性區(qū)，即當(dāng)Vi達(dá)到夠大時就會出現(xiàn)兩種效應(yīng)：(1) VA比Vi小Vth1，M1先進入三極管區(qū)；(2) Vo比Vb低Vth2，促使M2進入三極管區(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，M1可能先進入三極管區(qū)。注：若M2進入深三極管區(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?！」苍垂矕偶壍妮斎耄敵鎏匦? 交流小信號分析。由于由輸入器件產(chǎn)生的漏極電流必定流入級聯(lián)級器件，在忽略溝道調(diào)制效應(yīng)時，其電壓增益與共源放大級的增益相同。 共源共柵級的小信號等效電路 3 輸出阻抗級聯(lián)結(jié)構(gòu)的一個重要特性是高輸出阻抗，(a)所示。（b）則是其等效電路。（a） (b) 共源共柵級輸出電阻 (a) 示意圖?。╞）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： （）上式表明串接了M2使M1的輸出阻抗為原來(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，因此一般通過增大Ro來增大電壓增益。 分析級聯(lián)結(jié)構(gòu)的輸出電阻的特點可以發(fā)現(xiàn)：通過級聯(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的。三級級聯(lián)的最小輸出電壓等于三個過驅(qū)動電壓之和。所以更多的級聯(lián)管也不可取。 三級的共源共柵結(jié)構(gòu)4 提高電壓增益方法：1) 采用級聯(lián)結(jié)構(gòu)：由以上分析可知，如采用相同管子尺寸的級聯(lián)結(jié)構(gòu)可以提高電壓增益，且電壓增益約為(gmro )2。缺點是其輸出的電壓的最小值為兩個過驅(qū)動電壓。2) 對于共源結(jié)構(gòu)在某一給定電流下增大輸入三極管的溝道長度：因為增大三極管溝道長度可以增大交流電阻，進而提高電壓增益。共源結(jié)構(gòu)的電壓增益為： ()在上式中，由于KN與溝道長L成反比，而λ∝1/L，所以電壓增益與溝道長度的平方根成正比，即增大輸入三極管的溝道長度可以提高電壓增益。缺點：為了保證電流相等，在增大輸入三極管的溝道長度時必須增大輸入三極管的過驅(qū)動電壓。所以其最小輸出電壓也提高，輸出壓擺減小?！ ?5 級聯(lián)電路的應(yīng)用：（1）級聯(lián)結(jié)構(gòu)構(gòu)成電流源由以上分析可知，級聯(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的。，則其級聯(lián)電流源的電阻為： ?。ǎ┒鴮τ贛M2也構(gòu)成一個共源共柵結(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，對于典型值，其電壓增益近似為： ?。ǎ┝硗?，只要柵偏置電壓選擇恰當(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：通過前面的分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)共源共柵的輸出節(jié)點電壓改變ΔV時，由于共源共柵結(jié)構(gòu)具有高輸出阻抗特性，因此只會引起級聯(lián)器件的源極電位的很小變化，即級聯(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，如果級聯(lián)器件工作在三極管區(qū)，則級聯(lián)的隔離特性就會消失。 折疊式級聯(lián) 級聯(lián)結(jié)構(gòu)是先通過共源結(jié)構(gòu)把輸入電壓信號轉(zhuǎn)化成電流信號輸出，然后通過共柵級進行放大，因此只要實現(xiàn)以上功能，輸入器件與級聯(lián)器件不必是同種類型。因此就出現(xiàn)了折疊式級聯(lián)，PMOS管M1作為放大管，NMOS管M2作為級聯(lián)管。 折疊式級聯(lián)簡化原理圖、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，M1工作于飽和區(qū)，有： ?。ǎ┊?dāng)Vi繼續(xù)減小時，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，而M1進入三極管區(qū)以使ID1＝I1。 折疊式共源共柵的大信號特性 小信號工作：當(dāng)Vi較大時，|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計算NMOS—PMOS級聯(lián)來得到。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式（）可得到： ?。ǎ┮虼?，該電路的輸出阻抗比級聯(lián)電路的要小。75 / 26
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