1 共源级放大器的定义和类型-德赢Vwin官网 网
0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

共源级放大器的定义和类型

CHANBAEK 来源:CMOS模拟集成电路设计 作者:小浩学长 2023-04-26 11:20 次阅读

共源级放大器具有采用电源负载的共源级,二极管连接方式的负载的共源级,电流源负载的共源级,有源负载的共源级,源级负反馈的共源级。接下来会给大家根据小编自己的理解简单介绍一下这五种类型的共源级放大器。

共源级放大器的定义

共源级(common-source)放大器定义为,在栅级输入信号,在漏级输出信号。它具有高的输入阻抗、中等至较高的输出阻抗,电压增益大于1。

采用电阻作负载的共源级

wKgZomRIlr-AVMMoAAAZH1Zkf8w922.jpg

这是采用电阻作负载的共源级的结构图,电路的大信号和小信号的特性我们都需要研究,我们先分析一下电路的大信号模型。

Vout=VDD-IDRD,对于M1晶体管而言,VGS=Vin;VDS=Vout。

wKgaomRIlr-AIg2CAAA0y5-iyrY980.jpg

上图为输入-输出特性曲线。

如果Vin < VTH,M1工作在截止区,ID=0,所以Vout=VDD。

当Vin接近VTH时,M1管开始导通,存在漏极电流ID,使得Vout减小。因此,我们可以得到:

wKgZomRIlr-AZbVkAAAY5yguUiU165.jpg

这里忽视了沟道长度调制效应。Vin越大,Vout越小。M1继续工作在饱和区。

当M1处于线性区和饱和区边界时,Vout=Vin-VTH,也就是对应图中的A点。

当Vin > Vin1时,M1工作在线性区:

wKgaomRIlr-ABaNtAAAf_UUPK68293.jpg

因为要让器件工作在饱和区,所以Vout>Vin-VTH,工作在A点的左侧。

wKgaomRIlr-AC4XXAAAlS4hvtz8163.jpg

对输出电压求关于输入电压的偏导数,可以计算出增益的大小,当然,我们也可以通过小信号模型的方法,更为简便的看出其增益的大小。小信号模型如下图所示。

wKgZomRIlr-ALptdAAAgqJxEtDM198.jpg

二极管连接型器件作为负载的共源级

在许多CMOS工艺下,电阻的阻值不精确或者物理尺寸不合适,因此,考虑用MOS管代替电阻RD。

把晶体管的栅极和漏极短接,可以起到小信号电阻的作用。在vwin 电路里被称为“二极管连接型”器件。

wKgZomRIlr-AGJVzAAAGclJ9yvk403.jpg

此结构的小信号特性与两端电阻相似。因为VG=VD,所以晶体管总是工作在饱和区(VDS>VGS-VTH),这点不难理解。因为工作在饱和区,我们要考虑沟道长度调制效应,那么这个二极管连接型器件代替电阻的阻值是多少呢?假设存在体效应,测试等效电阻的方法是外加电压源,假设产生电流,计算VX和IX的比值。

wKgaomRIlr-AL5urAABBdTQDhL4565.jpg

我们可以根据电路的小信号模型可以看出来其等效电阻的大小。

wKgZomRIlr-Aa91rAAAgv5WQ1vI922.jpg

我们现在分析采用二极管连接型器件做负载的共源级,考虑体效应,忽略沟道长度调制效应。

wKgZomRIlr-AN5z_AAAayEDeyc8503.jpg

用二极管连接型器件的等效电阻代替用电阻负载的共源级。我们可以非常容易的看出他的增益。

wKgaomRIlr-AHZAiAAAMa2d9scw090.jpg

当输入和输出电平发生变化时,增益相对保持不变,这说明输入-输出特性呈线性。

采用电流源作负载的共源级

对于电阻或者二极管连接的负载而言,增大阻值会消耗直流压降,从而限制输出电压的摆幅,不难理解,Vout=VDD-IDRD。

一个切实可行的方法就是用不服从欧姆定律的器件代替负载。

wKgZomRIlr-AfmMFAABUtNYIGZI545.jpg

增益可以表示为:

wKgaomRIlr-AM-LmAAALsqIRqLA975.jpg

有源负载的共源级

我们可以把输入信号加在M1和M2的栅极上,使其变为一个有源的负载,

wKgaomRIlr-AKH8cAABwU12bT1c109.jpg

可以看出这是一个CMOS反相器,利用数字电路的知识,我们可以列出他的真值表,当输入为高电平时,输出为低电平;当输入为低电平时,输出为高电平。

我们可以根据小信号模型,计算出其增益

AV=-(gm1+gm2)(ro1||ro2)

工作在深线性区的MOS为负载的共源级

工作在深线性区的MOS器件的特性像电阻一样,因此可以作为共源级的负载。

wKgZomRIlr-ABz4iAAAypRIc_o0830.jpg

要求Vb足够低,这样才能保证M2工作在深线性区。

wKgaomRIlr-AVs9TAAAbVXs08CU767.jpg

所以,电压增益很容易计算出来,AV=-gm1Ron2

这个电路缺点就是Ron2对于一些参数的依赖,导致电路难以应用。

带源级负反馈的共源级

为什么要在源级加一个反馈电阻呢?这么做有什么意义呢?

由于漏电流与过驱动电压(VGS-VTH)之间的非线性关系引入了大量的非线性,因此希望缓解这类器件的非线性。一般有2种做法。

第一种是用二极管接法的MOS管做负载的共源级的线性特性。

第二种就是在晶体管的源级串联反馈电阻。输入电压的一部分降落在电阻RS上而不是栅极的过驱动电压。

wKgaomRIlr-AetGFAAA_ESHSWqM549.jpg

wKgZomRIlr-AEtDDAAAUI6L57bQ007.jpg

wKgZomRIlr-AdYKcAAANmdOggHQ258.jpg

第二种方便记忆,分母等于MOS管器件的跨导的倒数加上源地之间纯电阻的串联。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表德赢Vwin官网 网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 放大器
    +关注

    关注

    143

    文章

    13583

    浏览量

    213362
  • 二极管
    +关注

    关注

    147

    文章

    9627

    浏览量

    166294
  • 晶体管
    +关注

    关注

    77

    文章

    9682

    浏览量

    138070
  • 有源负载
    +关注

    关注

    0

    文章

    5

    浏览量

    9627
  • 共源级
    +关注

    关注

    0

    文章

    7

    浏览量

    6588
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    放大器电路及原理

    放大器电路及原理
    发表于 12-08 09:09 2w次阅读
    <b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>源</b>极<b class='flag-5'>放大器</b>电路及原理

    放大器电路图分享

    放大器是一种特殊的放大器结构,它结合了
    的头像 发表于 02-19 16:15 4090次阅读
    <b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>源</b><b class='flag-5'>共</b>栅<b class='flag-5'>放大器</b>电路图分享

    放大器教程】JFET放大器解析

    放大器电路。首先,需要找到合适的静态点或“ Q点”,以利用(CS),漏(CD)或跟随器(SF)的单个
    发表于 11-03 09:34

    放大器

    在一個放大器輸入信號被加到閘極且交流輸出信號由極取得,這個放大器和等效的CE放大器一樣有
    发表于 09-01 15:27 0次下载

    折叠栅运算放大器的设计

    :折叠栅运放结构的运算放大器可以使设计者优化二阶性能指标, 这一点在传统的两运算放大器
    发表于 07-08 16:32 21次下载

    放大器的详细资料说明

    CMOS 运算放大器是 CMOS 模拟集成电路的最重要的模块,它的特性决定了模拟集成电路的特性。复杂的 CMOS 运算放大器的基础是简单的单放大器。本章将介绍常用的单
    发表于 05-14 08:00 2次下载
    单<b class='flag-5'>级</b><b class='flag-5'>放大器</b>的详细资料说明

    电流负载放大器仿真设计

    放大器,负载为电流,电流采用电流镜实现,偏置为电阻与电流镜实现的简单偏置。
    的头像 发表于 07-07 15:02 2737次阅读
    电流<b class='flag-5'>源</b>负载<b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>源</b><b class='flag-5'>放大器</b>仿真设计

    栅和调节型栅型放大器的优缺点是什么?

    栅和调节型栅型
    的头像 发表于 09-18 15:08 3413次阅读

    放大器用电阻负载和有源负载的区别是什么?

    过负载输出。负载有两种类型,一种是电阻负载,一个是有源负载。在放大器中,电阻负载和有源负载是两种常见的负载方式。它们各自的特点和优缺点
    的头像 发表于 09-18 18:20 2900次阅读

    为什么放大器的输出阻抗是一致的?

    为什么放大器的输出阻抗是一致的?
    的头像 发表于 09-20 17:05 1902次阅读

    放大器的特点是什么

    基本概念 放大器是一种使用NPN或PNP型晶体管的单放大器。在这种配置中,晶体管的发射极(Emitter)和
    的头像 发表于 09-27 09:29 855次阅读

    放大器的特点是什么

    放大器是一种特殊的场效应晶体管(FET)放大器,它结合了
    的头像 发表于 09-27 09:38 542次阅读

    放大器增益偏小的原因

    放大器(Cascode)是一种在集成电路设计中常用的放大器结构,它结合了
    的头像 发表于 09-27 09:46 540次阅读

    放大器的优缺点是什么

    放大器(Cascode amplifier)是一种在模拟电路设计中常用的放大器结构,它结合了
    的头像 发表于 09-27 09:48 1052次阅读

    折叠放大器的优缺点

    折叠放大器(Folded Cascode Amplifier)是一种在模拟集成电路设计中常用的放大器结构,它结合了
    的头像 发表于 09-27 09:50 987次阅读