第03章單極放大器03-副本

1、模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)：時 間：2009年12月10日韓 可電子工程學(xué)院Email: Tel : 61198659第第3章單級放大器章單級放大器 3.1 基本概念 3.2 共源級 3.3 源跟隨器 3.4 共柵極 3.5 共源共柵極 電子工程學(xué)院源極跟隨器及其小信號等效電路源極跟隨器及其小信號等效電路共源級共源級:在一定的電源電壓下在一定的電源電壓下,要獲得更高的電壓增益要獲得更高的電壓增益,負(fù)載阻抗必須大負(fù)載阻抗必須大.若驅(qū)動低負(fù)載電路若驅(qū)動低負(fù)載電路,必須增加緩沖器才能獲得合理的增益必須增加緩沖器才能獲得合理的增益.源跟隨器源跟隨器:可用作緩沖器可用作緩沖器利用柵極接收信號利用柵極接收信

2、號,利用源級驅(qū)動負(fù)載利用源級驅(qū)動負(fù)載.2)(21outTHinoxnsSSoutVVVLWCRRIV工作原理的直觀理解工作原理的直觀理解n共源放大器l漏源電壓的變化抵消柵源電壓的變化l柵對源的作用比漏對源的作用強(qiáng)l從而實(shí)現(xiàn)了高增益n源極跟隨器l源的變化同時改變柵源和漏源電壓l有效的柵源電壓小l增益小于1l可通過跨導(dǎo)輸出電阻來分析 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 5源極跟隨器及其小信號等效電路源極跟隨器及其小信號等效電路smbmsminoutvsoutoutmbmoutbsinoutRggRgVVARVVgVgVVVVV)(111 電子工程學(xué)院源極跟隨器及其小信號等效電路源極跟隨器及其小信號等效電

3、路S Sm mS SS Sm mm mb bm mm mS SS Sm mb bm mS Sm mv vR R1 1/ /g gR R) )R Rg gg gg g( (1 1/ /g gR R) )R Rg g( (g g1 1R Rg gA A問題問題: M1會隨會隨Vin而進(jìn)入線性區(qū)嗎而進(jìn)入線性區(qū)嗎?（VDS Vgs - VTH）條件條件:Vin100。BiCMOS（Bipolar CMOS）是）是CMOS和雙極器件同時集成在同一塊芯片上的技術(shù)和雙極器件同時集成在同一塊芯片上的技術(shù)，其基本思想是以，其基本思想是以CMOS器件為主要單元電路，而在要求驅(qū)動大電容負(fù)載之處加器件為主要單元電路，

4、而在要求驅(qū)動大電容負(fù)載之處加入雙極器件或電路。因此入雙極器件或電路。因此BiCMOS電路既具有電路既具有CMOS電路高集成度、低功耗的優(yōu)電路高集成度、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，又獲得了雙極電路高速、強(qiáng)電流驅(qū)動能力的優(yōu)勢。點(diǎn)，又獲得了雙極電路高速、強(qiáng)電流驅(qū)動能力的優(yōu)勢。 電子工程學(xué)院恒流源偏置源極跟隨器的增益恒流源偏置源極跟隨器的增益mbmmmbmmbVggggggA1111= 2 =0，10代維南等效代維南等效任意含獨(dú)立源任意含獨(dú)立源,線性線性電阻和線性電阻和線性受控源受控源的的單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)），都可以用一個），都可以用一個電電壓源壓源與電阻相串聯(lián)的與電阻相串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)單

5、口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）來等效，這個電壓）來等效，這個電壓源的電壓，就是此單源的電壓，就是此單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）的開路電壓，這個串的開路電壓，這個串聯(lián)電阻就是從此單口聯(lián)電阻就是從此單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）兩網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）兩端看進(jìn)去，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)端看進(jìn)去，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立源均置零部所有獨(dú)立源均置零以后的等效電阻以后的等效電阻。S Sm mS Sv vR R1 1/ /g gR RA A 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 11恒流源負(fù)載的恒流源負(fù)載的源極跟隨器（考慮溝道調(diào)制）源極跟隨器（考慮溝道調(diào)制）m mL Lo2o2o1o1mbmbL Lo2o2o1o1mbmbv vg g1 1|R|Rr

6、 r|r r|g g1 1|R|Rr r|r r|g g1 1A A如何求如何求Vout的擺幅的擺幅?擺幅擺幅、 Vb、偏值電流、偏值電流I0、頻率、頻率響應(yīng)的折衷關(guān)系如何？響應(yīng)的折衷關(guān)系如何？1 0， 2 0，10輸出端視在輸入輸出端視在輸入阻抗阻抗此項(xiàng)始終不變此項(xiàng)始終不變S Sm mS Sv vR R1 1/ /g gR RA A例例3.8：計(jì)算下圖電路的電壓增益：計(jì)算下圖電路的電壓增益AVm1m1mb2mb2m2m2o2o2o1o1mb1mb1mb2mb2m2m2o2o2o1o1mb1mb1v vg g1 1) )g gg g1 1|r r|r r|g g1 1( (g gg g1 1|

7、r r|r r|g g1 1A A輸出端視在輸入輸出端視在輸入阻抗阻抗0 02 2m m2 2m mb b2 21 1/ / /r rg g+ + g g1 0, 2 0從從M2源端看進(jìn)去的源端看進(jìn)去的阻抗為：阻抗為：10, 20從從M1源端看進(jìn)去的源端看進(jìn)去的阻抗為：阻抗為：0 01 1m mb b1 11 1/ / /r rg gM1體效應(yīng)體效應(yīng)的等效電的等效電阻阻M1體效應(yīng)體效應(yīng)的等效電的等效電阻阻S Sm mS Sv vR R1 1/ /g gR RA A 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 13源跟隨器與共源放大器的級聯(lián)源跟隨器與共源放大器的級聯(lián)1. 僅有僅有CS 放大器，放大器， M1工

8、作在飽和區(qū)時工作在飽和區(qū)時: VXVonM1=Vin-VTH12. 加上源跟隨器后，加上源跟隨器后， M3工作在飽和區(qū)時工作在飽和區(qū)時: VX VGS2+VonM3= VGS2+(Vb-VTH3)用作電平移動的源跟用作電平移動的源跟隨器會消耗電壓余度隨器會消耗電壓余度減小輸出擺幅減小輸出擺幅(減小輸出擺幅減小輸出擺幅VGS2)P-SUB上沒有體效應(yīng)的上沒有體效應(yīng)的PMOS源跟隨器源跟隨器消除體效應(yīng)：把襯底和源接在一起消除體效應(yīng)：把襯底和源接在一起源級跟隨器小結(jié)源級跟隨器小結(jié)1.源級跟隨器的源級跟隨器的AV1，因輸出電阻較大，一般只用來驅(qū)動，因輸出電阻較大，一般只用來驅(qū)動小電容小電容(或高阻或高

9、阻)負(fù)載，不宜用來驅(qū)動低阻、大電容負(fù)載。負(fù)載，不宜用來驅(qū)動低阻、大電容負(fù)載。2.源級跟隨器的最可能的應(yīng)用是用來構(gòu)成電平位移電路。源級跟隨器的最可能的應(yīng)用是用來構(gòu)成電平位移電路。3.驅(qū)動低阻、大電容負(fù)載常用襯底驅(qū)動低阻、大電容負(fù)載常用襯底NPN (PNP)構(gòu)成射極跟構(gòu)成射極跟隨器來驅(qū)動。隨器來驅(qū)動。 電子工程學(xué)院例例3.9 源極跟隨器的應(yīng)用源極跟隨器的應(yīng)用1.在所關(guān)心的頻率下在所關(guān)心的頻率下C1交流短路，求交流短路，求AV？M1工作在飽和區(qū)時，輸入端工作在飽和區(qū)時，輸入端允許的最大直流電平為多少？允許的最大直流電平為多少？AV=-gm1r01/r02/(1/gm2)VinmaxVDD-|VGS2

10、|+VTH1若若Vin=VDD，則，則VX=VDD-VGS3，要保證，要保證M1工作在飽和區(qū)，則有：工作在飽和區(qū)，則有：VDD-VGS3-VTNVDD-|VGS2|，即，即VGS3+VTN |VGS2|VinmaxVout+VTH1=VDD-|VGS2|+VTH12. 為了允許接近為了允許接近VDD的輸入直流電平，電的輸入直流電平，電路改為路改為(b)圖所示，圖所示，M1、M3的柵源電壓的柵源電壓應(yīng)滿足什么樣的關(guān)系才能保證應(yīng)滿足什么樣的關(guān)系才能保證M1個工個工作在飽和區(qū)？作在飽和區(qū)？第第3章單級放大器章單級放大器 3.1 基本概念 3.2 共源級 3.3 源跟隨器 3.4 共柵極 3.5 共源

11、共柵極共柵極定義共柵極定義將輸入信號加在將輸入信號加在MOS管的源端：管的源端：（1）在源端接受輸入）在源端接受輸入（2）在漏端產(chǎn)生輸出）在漏端產(chǎn)生輸出也可以通過在源端加一個恒流源來偏置，信號通過電容耦合也可以通過在源端加一個恒流源來偏置，信號通過電容耦合直接耦合的共柵級直接耦合的共柵級電容耦合的共柵級電容耦合的共柵級 電子工程學(xué)院共柵放大器大信號模型共柵放大器大信號模型THbinTHboxnDDDVVVVVLWCRV2)(21THbinVVVTHbinVVV2)(21THinboxnDVVVLWCIMOS管截止管截止如果足夠小到飽和區(qū)如果足夠小到飽和區(qū)若繼續(xù)減小到線性區(qū)若繼續(xù)減小到線性區(qū)2)

12、(21inTHboxnDDDDDDDoutVVVLWCRVRIVVPMOS管管 輸入電壓逐漸減小輸入電壓逐漸減小 電子工程學(xué)院共柵放大器共柵放大器D Dm mD Dm mb bm mv v) )R R( (1 1g g) )R Rg g( (g gA AD Do oS So om mb bm mo ou ut t| | |R R r r R R) )r rg g( (g g 1 1R R直接耦合的共柵級直接耦合的共柵級電容耦合的共柵級電容耦合的共柵級輸入輸入輸出特性輸出特性1mb2mbgg 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 21共柵共柵放大器阻抗變換特性的應(yīng)用（例放大器阻抗變換特性的應(yīng)用（例3.1

13、0） 假定傳輸線的特征阻抗為假定傳輸線的特征阻抗為 50 若若 =0, 則漏電流的變化則漏電流的變化gm1VX都是從都是從RD抽取的，故兩抽取的，故兩個電路的增益都是個電路的增益都是 AV -gmRD. 為使結(jié)點(diǎn)為使結(jié)點(diǎn)X處的反射最小，傳輸線的負(fù)載阻抗必須等于其處的反射最小，傳輸線的負(fù)載阻抗必須等于其特征阻抗。特征阻抗。RD 50時，時，(a) 一定存在波反射，一定存在波反射，(b)中選則中選則合適的合適的M2就可使就可使RinM2=1/ (gm+gmb)=50,從而消除波反射從而消除波反射! 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 22共柵放大器的增益共柵放大器的增益AVD DD DS SS So o

14、mbmbm mo oo ombmbm mv vR RR RR RR R)r)rg g(g(gr r1 1)r)rg g(g(gA A更為一般的情況：考慮晶體管的輸出阻抗更為一般的情況：考慮晶體管的輸出阻抗ro和信號源的阻抗和信號源的阻抗Rs 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 23共柵放大器增益共柵放大器增益AV的討論的討論D DD DS SS So om mb bm mo oo om mb bm mv vR RR RR RR R) )r rg g( (g gr r1 1) )r rg g( (g gA AS Sm mb bm mD Dm mb bm mv v) )R Rg g( (g g) )R

15、Rg g( (g gA A1limr0這同帶源級負(fù)反饋電阻這同帶源級負(fù)反饋電阻RS的的CS增益增益,只是符號只是符號相反相反,給出直觀解釋給出直觀解釋00rr1lim) )g g( (g g) )g g( (g gA Am mb bm mm mb bm mv vRD這同帶恒流源負(fù)載的這同帶恒流源負(fù)載的CS增益增益,只是符號相反只是符號相反,給出直觀解釋給出直觀解釋 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 24共柵放大器的輸入電阻共柵放大器的輸入電阻X XD D0 0D DX Xm mm mb b0 0m mm mb b0 0m mm mb bV VR R + +r rR R1 1= =+ +I I1 1

16、+ +( (g g + +g g ) )r r( (g g + +g g ) )r rg g + +g gRDIX+r0IX-(gm+gmb)VX=VX若若= 0，Rin=1/ (gm+gmb)，輸入呈現(xiàn)低阻抗特征，輸入呈現(xiàn)低阻抗特征短溝道器件增益比較低短溝道器件增益比較低RD 減小了減小了(gm+gmb)r0倍！呈現(xiàn)出阻倍！呈現(xiàn)出阻抗變換特性！抗變換特性！V1=-VX 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 25共柵放大器的輸出電阻共柵放大器的輸出電阻 ) )R Rg g( (g g 1 1r rr r R R) )r rg g( (g g 1 1R RS Sm mb bm mo oo oS So o

17、m mb bm mO OU UT Tr ro oS SX Xm mb bS SX Xm mr ro ob bs sm mb b1 1m mX XI IR RI Ig g) )R RI I( (g gI IV Vg gV Vg gI IS SX XX XS Smbmbm mX Xo oX XR RI I) )I I)R)Rg g(g(g(I(Ir rV VRS為信號源內(nèi)阻為信號源內(nèi)阻共柵放大器的輸出電阻很大，約為共柵放大器的輸出電阻很大，約為r0的的1+(gm+gmb)RS 倍倍! （理解這一點(diǎn)是理理解這一點(diǎn)是理解共源共柵電路的基礎(chǔ)解共源共柵電路的基礎(chǔ)）。）。 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 26

18、共柵放大器小結(jié)共柵放大器小結(jié)1.Ai1，AV=gm(RD /r0) ，AV同同CS放大器相當(dāng)放大器相當(dāng)2.輸入阻抗低，有阻抗變換特性。輸入阻抗低，有阻抗變換特性。3.輸出阻抗高，可用于提高增益和構(gòu)成高性能恒流源。輸出阻抗高，可用于提高增益和構(gòu)成高性能恒流源。4.由于沒有密勒效應(yīng)，頻帶最寬，常同由于沒有密勒效應(yīng)，頻帶最寬，常同CS聯(lián)合構(gòu)成聯(lián)合構(gòu)成CSCB放放大器，用于高速運(yùn)放作差分輸入放大級。大器，用于高速運(yùn)放作差分輸入放大級。第第3章單級放大器章單級放大器 3.1 基本概念 3.2 共源級 3.3 源跟隨器 3.4 共柵極 3.5 共源共柵極共源共柵級共源共柵級共源級和共柵極的級聯(lián)稱為共源共柵

19、共源級和共柵極的級聯(lián)稱為共源共柵結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。(1)高輸出阻抗高輸出阻抗(2)減小了放大器輸入端的米勒效應(yīng)減小了放大器輸入端的米勒效應(yīng)M1：輸入器件，在漏極產(chǎn)生電流。：輸入器件，在漏極產(chǎn)生電流。M2: 共源共柵器件共源共柵器件M1工作在飽和區(qū)：工作在飽和區(qū)：M2也工作飽和區(qū)：也工作飽和區(qū)：Vx1THinXVVV21212THTHinGSoutTHinGSbXVVVVVVVVVV2THboutVVV保證兩保證兩MOS管工作在飽和區(qū)的最小輸入電平等于兩個管的過驅(qū)動電壓之和管工作在飽和區(qū)的最小輸入電平等于兩個管的過驅(qū)動電壓之和 電子工程學(xué)院共源共柵放大器的偏值條件共源共柵放大器的偏值條件1. M1 飽

20、和時飽和時: VX Vin VTH1， 即即：Vb Vin VTH1 + VGS2 或：或： Vb Von1 + VGS2 2. M2 飽和時飽和時: Vout Vb VTH2， 即即: Vout Von1 + VGS2 VTH2 或或： Vout Von1 + Von2共柵管共柵管M2的增加雖然提高了從的增加雖然提高了從M2漏端看進(jìn)去的阻漏端看進(jìn)去的阻抗、改善了放大器的頻率特性，但輸出電壓擺幅減抗、改善了放大器的頻率特性，但輸出電壓擺幅減小了一個大小等于小了一個大小等于M2的過驅(qū)動電壓。這是靠犧牲的過驅(qū)動電壓。這是靠犧牲擺幅來獲取帶寬和增益的提高。擺幅來獲取帶寬和增益的提高。30直流特性直流

21、特性nVout和Vint經(jīng)歷的區(qū)域nVout和Vint的斜率差別電流VINTVOUTM1管M2管VIN=00VB-VTH2VDD截止截止VIN較小小電流電壓下降電壓下降飽和飽和VIN較大大電流繼續(xù)下降繼續(xù)下降線性或者飽和線性或者飽和VIN很大達(dá)到最大變化很小變化很小線性線性 電子工程學(xué)院共源共柵（共源共柵（ Cascade ）放大器放大器輸入輸入輸出特性輸出特性為什么為什么VXmax=Vb-VTH2？Vin時，時，M1、M2誰先進(jìn)入線性區(qū)？誰先進(jìn)入線性區(qū)誰先進(jìn)入線性區(qū)？誰先進(jìn)入線性區(qū)對恒流特性和輸出擺幅有何關(guān)系對恒流特性和輸出擺幅有何關(guān)系? 當(dāng)當(dāng) Vin VTH1 時時 M1 M2 截止，截止

22、，Vout =VDD， VXmax=Vb-VTH2 當(dāng)當(dāng) VX Vin VTH1 時時 M1 進(jìn)入線性區(qū)進(jìn)入線性區(qū) 當(dāng)當(dāng)Vout Vb VTH2時時M2進(jìn)入線性區(qū)進(jìn)入線性區(qū) 容易分析，容易分析， Vb 較小時，較小時， M1比比M2先進(jìn)入線性區(qū)先進(jìn)入線性區(qū) 電子工程學(xué)院M1、M2不同偏值時不同偏值時Pspice仿真結(jié)果仿真結(jié)果12V3.8V1.8V12V1.5V1.8VM3M2M3M2M2最后進(jìn)入線性最后進(jìn)入線性M3最先進(jìn)入線性最先進(jìn)入線性,該該點(diǎn)電壓即是點(diǎn)電壓即是V0minM2一開始就工作在線性區(qū)一開始就工作在線性區(qū)注意比較單注意比較單MOS管與共源共柵結(jié)構(gòu)曲線的斜率管與共源共柵結(jié)構(gòu)曲線的斜

23、率VAIDIDVAVAVA 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 33M1、M2同時進(jìn)入線性時同時進(jìn)入線性時Pspice仿真結(jié)果仿真結(jié)果12V2V1.8VM1、M2同時進(jìn)入線同時進(jìn)入線性性,該點(diǎn)電壓即是該點(diǎn)電壓即是V0minM2M3M2一開始就工作在線性區(qū)一開始就工作在線性區(qū)斜率有明顯差別斜率有明顯差別!最理想的情況是最理想的情況是M2、M3同時進(jìn)同時進(jìn)入線性，這樣可以獲得最大擺幅入線性，這樣可以獲得最大擺幅M2最后進(jìn)入線性最后進(jìn)入線性M3最先進(jìn)入線性該最先進(jìn)入線性該點(diǎn)電壓即是點(diǎn)電壓即是V0minVAIDVAVAVAIDID 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 34共源共柵放大器的小信號等效電路共源共柵放大

24、器的小信號等效電路1= 0， 2 = 0，20D Dm mb b2 2m m2 2o o2 2o o1 1D Do o2 2o o1 1o o2 2m mb b2 2m m2 2| | |R R) ) g g( (g gr r r r | | |R R r r r r) )r rg g( (g g 1 1R Ro ou ut t | | |R R) ) g g( (g gr r r rg gA AD Dm mb b2 2m m2 2o o2 2o o1 1m m1 1V V 電子工程學(xué)院例例3.14：求下圖電路的：求下圖電路的AV(假定假定=0)1 1) )g g( (g gR R) )g g

25、( (g gR RV Vg gg gg g1 1R RR RV Vg gI Im mb b2 2m m2 2P Pm mb b2 2m m2 2P Pi in nm m1 1m mb b2 2m m2 2P PP Pi in nm m1 1D D2 21 1) )g g( (g gR RR R) )R Rg g( (g gg gV VR RI IA Am mb b2 2m m2 2P PD DP Pm mb b2 2m m2 2m m1 1i in nD DD D2 2V VM1的小信號電流的小信號電流gm1Vin被被Rp和向和向M2源端看源端看進(jìn)去的阻抗進(jìn)去的阻抗1/(gm2+gmb2)分成

26、兩部分，故：分成兩部分，故：因因Vout=VDD-ID2RD，所以：，所以： 電子工程學(xué)院共源共柵放大器的輸出電阻共源共柵放大器的輸出電阻) )g g( (g gr rr r r r r r) )r rg g( (g g 1 1R Rm mb b2 2m m2 2o o2 2o o1 1o o2 2o o1 1o o2 2m mb b2 2m m2 2o ou ut t注意：左邊電路的輸注意：左邊電路的輸出阻抗就是共源放大出阻抗就是共源放大器帶負(fù)反饋電阻器帶負(fù)反饋電阻RS的的的輸出阻抗的輸出阻抗上式表示共源共柵結(jié)構(gòu)具有很高的輸出阻抗，對提高上式表示共源共柵結(jié)構(gòu)具有很高的輸出阻抗，對提高放大器小

27、信號增益、提高電路源的恒流特性十分有利放大器小信號增益、提高電路源的恒流特性十分有利o oS So ombmbm mOUTOUTr rRR)r)rg g(g(g11R R 電子工程學(xué)院共柵放大器的輸出電阻大在恒流源中的應(yīng)用共柵放大器的輸出電阻大在恒流源中的應(yīng)用12V2V1.8VM1、M2同時進(jìn)入線同時進(jìn)入線性輸出電壓擺幅最大性輸出電壓擺幅最大M2M312V3.8V1.8VM3Voutmin ,M2最后進(jìn)入線性最后進(jìn)入線性M3最先進(jìn)入線性最先進(jìn)入線性M2VoutminVAVAVAVAIDID 電子工程學(xué)院恒流源負(fù)載的共源共柵放大器恒流源負(fù)載的共源共柵放大器) )g g( (g gr rr r r

28、 r r r) )r rg g( (g g 1 1R Rm mb b2 2m m2 2o o2 2o o1 1o o2 2o o1 1o o2 2m mb b2 2m m2 2o ou ut t) )g g( (g gr rr rg gA Am mb b2 2m m2 2o o2 2o o1 1m m1 1V V兩個晶體管都工作在飽和區(qū)兩個晶體管都工作在飽和區(qū)1mgm mo ou ut tm mv vG GR RG GA A最大增益約等于晶體管本征增益的平方最大增益約等于晶體管本征增益的平方.恒流源如恒流源如何保證何保證? | | |R R) ) g g( (g gr r r rg gA AD

29、 Dm mb b2 2m m2 2o o2 2o o1 1m m1 1V V 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 39共源共柵（共源共柵（ Cascade ）放大器放大器) ) g gr r( (r r| | |) )g gr r ( (r rg gA Am m3 3o o4 4o o3 3m m2 2o o2 2o o1 1m m1 1V V因因M1、M2的高輸出阻抗，欲得高的高輸出阻抗，欲得高增益要求所帶負(fù)載也必須是高輸增益要求所帶負(fù)載也必須是高輸出阻抗，故負(fù)載也常用共源共柵出阻抗，故負(fù)載也常用共源共柵電路源。電路源。用共源共柵電流源近似代替理想恒流源用共源共柵電流源近似代替理想恒流源共源共柵極

30、不一定起放大器的作用，還可做恒流源共源共柵極不一定起放大器的作用，還可做恒流源 | | |R R) ) g g( (g gr r r rg gA AD Dm mb b2 2m m2 2o o2 2o o1 1m m1 1V V 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 40增加增加L與采用共源共柵結(jié)構(gòu)來提高增益的比較與采用共源共柵結(jié)構(gòu)來提高增益的比較L LI I1 1I IL LW WC C2 2r rg gD DD DO OX Xn no om m1.假定假定ID不變，若不變，若(a)中中L變?yōu)樵瓉淼淖優(yōu)樵瓉淼?倍而倍而W保持不變，則保持不變，則Vonb=2Vona，與，與(b)中層中層疊的兩個疊的兩個

31、MOS管消耗的電壓余度相同管消耗的電壓余度相同2.因因gmr0L1/2，L4倍的結(jié)果只是使倍的結(jié)果只是使gmr0兩倍，而兩倍，而(c)中共源共柵結(jié)構(gòu)輸出增益大中共源共柵結(jié)構(gòu)輸出增益大約增大為約增大為(gmr0)2倍，同時因倍，同時因(b)中中M1的跨導(dǎo)是的跨導(dǎo)是(c)中的中的1/2，這會導(dǎo)致更高的噪聲，這會導(dǎo)致更高的噪聲。*放大器的噪聲與用作放大放大器的噪聲與用作放大MOS管的跨導(dǎo)管的跨導(dǎo)gm成反比成反比,與用作恒流源的與用作恒流源的MOS管的跨導(dǎo)管的跨導(dǎo)gm成正比。成正比。 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 410 02 20 04 40 02 2m mb b4 4m m4 40 02 2B B

32、r r r r) )r rg g( (g g 1 1r rV VV VAB BB Bm mb b4 4m m4 40 02 2A AV VV V) )g gg gr r1 1( (V V04r共源共柵結(jié)構(gòu)的屏蔽特性共源共柵結(jié)構(gòu)的屏蔽特性(1)左圖中左圖中M2、M4均工作在飽和區(qū)，若均工作在飽和區(qū)，若A點(diǎn)電壓變化點(diǎn)電壓變化VA，求，求VB=？bs4bs4gs4gs4B BV VV VV V0 04 4m mb b4 4m m4 4) )r rg g( (g gV VA易見，因共柵管易見，因共柵管M4的引入的引入B點(diǎn)電壓的變化量比點(diǎn)電壓的變化量比A點(diǎn)減小了點(diǎn)減小了(gm4+gmb4)r04倍倍,

33、即即M4將將B點(diǎn)屏蔽了點(diǎn)屏蔽了。 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 42共源共柵結(jié)構(gòu)的屏蔽特性共源共柵結(jié)構(gòu)的屏蔽特性(2)1.假定假定 ID1 是參考電流，是參考電流， ID2 是輸出電流。若是輸出電流。若 0 且且 VXVY ,靜態(tài)調(diào)整時一般靜態(tài)調(diào)整時一般VP=VQ, ID1 與與 ID2 在靜態(tài)時不存在誤差。在靜態(tài)時不存在誤差。2.動態(tài)時因動態(tài)時因VY發(fā)生變化導(dǎo)致發(fā)生變化導(dǎo)致VQ也發(fā)生變化也發(fā)生變化, 因共源共柵的屏蔽特性因共源共柵的屏蔽特性, ID1 與與 ID2 產(chǎn)產(chǎn)生的誤差為生的誤差為: ID1-ID2 0.5kn(W/L)(Vb1-VTH)2(VY)/(gm4+gmb4)ro4, 比比

34、(a)減小了減小了 (gm4+gmb4)ro4倍倍,從而提高了電流鏡的匹配精度。從而提高了電流鏡的匹配精度。0 04 4m mb b4 4m m4 4) )r rg g( (g gV VV VAB前例結(jié)果前例結(jié)果偏值電路偏值電路輸出電路輸出電路 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 43折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)IS2n共源共柵的設(shè)計(jì)思路：將輸入電壓轉(zhuǎn)化成電流，然后將其作為共柵極的輸入。nPMOS和NMOS也可以共同完成。（a）n為了使它們偏置，增加一個電流源。（b） 電子工程學(xué)院 Ch. 3 # 44m m2 20 01 10 0I I1 1i in nm m1 10 01 10 0I I1 1S S2 2g g1 1/ / /r rr rV V) )g g/ / /r r( (r rI I折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)若若I1為非理想恒流源為非理想恒流源,其交流小其交流小信號電阻為信號電阻為r0I1。IS2則流過則流過M2源極及電阻源極及電阻RD的小信號電流的小信號電流IS2、IRD分別為分別為:D D0 02 2S S2 20 02 2R RD DR Rr rI Ir rI I) )R R) )( (r rg g1 1/ / /r