共源共栅放大器.docx
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共源共栅放大器
共源共栅放大器
姓名:
郭佛威
学号:
2140320071
共源共栅放大器
源共栅放大器又称为级联放大器,是共源极和共栅极的级联。
由于共源放大级把电压信号转换为电流信号,而共栅放大级的输入信号为电流信号,故可把共源与共栅放大电路级联起来构成了共源共栅放大器,如右图所示。
M1产生正比于Vin的小信号漏电流而M2电流流过RD,M1为输入器件,M2为级联器件,且M1与M2具有相同的电流。
偏置条件:
M1和M2均工作在饱和区即Vb≥Vin+VGS2-VTH1;
Vout≥Vin-VTH1+VGS2-VTH2
1.共源共栅——大信号特性分析:
输入—输出特性曲线
1.1大信号特性:
Vin≤VTH1,M1,M2处于截止状态,Vout=VDD,且VX≈Vb-VTH2(忽略亚阈值导通);当Vin≥VTH1,M1产生电流,Vout则降低,VGS2上升而VX下降。
Vin>VTH1,开始出现电流,Vout下降,VX下降,到一定值时M1或M2进入线性区,增益(Vout曲线的斜率)减小。
1.2输出摆幅:
M1工作在饱和区:
VA=Vb-VGS2≥Vov1=Vin-Vt1Vb≥Vin+VGS2-Vt1
M2工作在饱和区:
Vout≥Vb-Vt2≥Vin+VGS2-Vt1-Vt2=Vov1+Vov2
为了使M4工作在饱和区:
Vout 所以输出摆幅为: Von1+Von2 2.共源共栅级______小信号特性 2.1增益: 当两个晶体管工作在饱和区时;假设两个管子的λ均等于0,由于输入管产生的漏电流必定流过整个共源共栅级电路,所以AV=Vout/Vin=-gm1V1RD/Vin,而V1=Vin,所以AV=-gm1RD。 当忽略沟道长度调制效应时,共源共栅级放大器的电压增益与共源级放大器的电压增益相同。 2.2输出阻抗: 可将电路看成带有负反馈电阻ro1的共源级,如下图所示: 上式表明串接了M2使M1的输出阻抗为原来(gm2+gmb2)ro2倍,即输出阻抗大大增大,这是共源共栅放大器的一个最大特点,对提高放大器小信号增益、提高电路源的恒流特性十分有利。 3.电流源负载的共源共栅级增益 由上式可知,电流源负载型共源共栅比电流源负载的共源级的增益增大了倍。 所以经常用共源共栅结构来提高增益。 4.增加L与采用共源共栅结构来提高增益的比较 提高增益的两种方法: 1、采用共源共栅增大增益; 2、在给定的偏置电流情况下通过增大输入晶体管的长度来增大增益。 假设共源级的输入管的长度变为原来的四倍而宽度保持不变, 由上式可知: L增大四倍的结果只是使gmro的值增大两倍。 缺点: 为了保证电流相等,在增大输入管的沟道长度时,必须增大输入管的过驱动电压。 所以其最小输出电压也提高,输出电压摆幅减小。 而采用共源共栅结构却使得输出阻抗大约增大gmro倍。 缺点是其输出电压的最小值为两个过驱动电压。 5.共源共栅级的屏蔽特性 Vout端有△Vout的电压跳变时,表现在X点的电压跳变 由上式可知: 当共源共栅的输出节点电压改变ΔVX时,由于共源共栅结构具有高输出阻抗特性,因此只会引起ΔVX发生很小的变化,即输入器件的工作状态不受输出电压变化的影响,这就是所谓的共源共栅的屏蔽特性。 6.折叠式共源共栅 共源共栅级由共源级实现电压到电流的转换,然后电流信号加到共栅级的源端。 因此,构成共源共栅级时共源管和共栅管类型可以不同。 如左图所示,M1是输入器件,PMOS M2是共源共栅器件,NMOS I1为直流偏置电流源 特点: 1.Vin和Vout的电平可以是相近的; 2.增益和输出阻抗的计算跟共源共栅放大器相同,略小一些。 7.折叠式共源共栅放大器大信号特性 假定Vin从电源电压下降: ①当Vin>VDD-|VTH1|,那么M1截止,电流I1全部流过M2,即, ②当Vin 随着Vin↓,ID1↑ID2↓, ③当ID1=I1时,ID2最终变为0,这时M1进入线性区。 8.共源共栅放大器频率特性分析 采用节点近似法分析: 共有三个节点,分别为A、X、Y 节点A: 密勒近似 节点X: 密勒近似 ↖ 节点Y: 密勒近似 在这三个极点中,其中一般不考虑,在设计电路时,选择在高频处。 因此: 是主极点,传输函数是单极点函数。 9.共源共栅放大器频率特性的仿真 10.共源共栅级总结 优点 1.输出阻抗高 2.增益高,常用来提高增益 3.具有屏蔽特性 不足 1.输出电压摆幅因层叠的MOS管而有所损失,这在低电源电压运用中是致命的缺点 2.折叠式共源共栅级直流功耗大
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