放大电路的基础—单级放大器(1)

来源:半岛平台官方网站入口/WiFi天线    发布时间:2024-07-07 05:33:40
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  的位置,单级放大器可大致分为具有不一样特点四大类:共源、共漏(源跟随器)、共栅以及共源共栅。根据放大器的负载不同,同类的单级放大器也具有不一样的特点。

  我的想法是写一篇通俗易懂的文章,对于单级放大器的分析,我想可以从MOS工作条件以及增益的推导两个方面展开。

  共源级放大器将MOS管栅极输入信号(栅源电压的变化)转化成MOS管漏极输出信号(漏极电流变化),电流变化通过负载由此产生输出电压信号。

  先考虑工作条件,M1工作在饱和区:Vin不能太小,为了确认和保证M1导通,必须有Vin>

  VTH;Vin也不能太大,为了确认和保证M1不进入线性区,必须有Vin-VTH

  不做数学推导,我们从物理上理解放大器产生增益的原理:小信号电压Vin由M1的栅极输入,由M1的跨导转化成小信号电流经过负载产生输出电压。那我们想知道增益,就只必须了解到MOS的跨导以及负载等效电阻。

  电阻负载的共源级虽然简单,但CMOS工艺制作的电阻精确度往往很低,在实际工程中很少用到。而使用CMOS工艺制作一个晶体管是格外的简单的,因此能用图1.2.1中的二极管连接型MOS替代电阻作为负载。

  若电路能导通,M2作为二极管连接型器件无条件满足工作在饱和区;M1工作在饱和区需满足:

  M2的衬底与源极存在电位差,需考虑衬底偏置效应(体效应),利用与推导电阻负载的共源级的办法能够得到二极管连接型器件作为负载的共源级的增益:

  这个增益一般很小,两个MOS的跨导的比值也就是两个MOS的尺寸的比值,若要实现100倍、1000倍甚至更大的增益,两个MOS的尺寸之比就会很大。

  对于二极管连接型器件作为负载的共源级,拉扎维在第52页还提出了一个蛮有意思的问题,值得大家去思考一下。

  二极管连接型器件作为负载的共源级增益一般做不大,分析到这里,我们已明白要提高增益的其中一个思路就是提高负载等效电阻,那我们把负各种各样可以放上去的负载一个一个试一下不就行了嘛!那我们放个工作在饱和区的MOS试试:

  ro1与ro2与沟道长度调制效应有关,正比于器件的沟道长度,增大L能更加进一步提高增益,但代价就是版图面积增加。

  与电流源负载的共源级一样的电路,不同点在于M2工作在线为压控电阻,通过调节Vb实现不同大小的电阻,与电阻负载的共源级没有本质上的不同。那是不是就能解决CMOS工艺制作电阻不精确的问题了呢?别高兴太早,在模拟集成电路中,实现一个精准的偏置电压Vb实际上并不容易。外界条件,尤其是温度对器件的影响很大,而实现一个与温度无关的偏置电压需要更为复杂的电路实现。

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