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  • 我们知道,共源共栅级是共源级的输出端作为共栅级的输入端组合而成,然而,共源共栅级的放大能力却仅仅取决于共源级,共栅级对于信号没有放大能力,本文,我们对于共栅级部分的功能做一个探究。

    共源共栅级的小信号增益

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    共源共栅级的结构如上图所示,忽略沟长调制效应,得到小信号等效图如下图所示。
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    从上图中,我们看到,M1的电流与M2的电流相等,这是一个重要的特点,得到小信号增益为:
    Av=gm1RDA_v = g_{m1}*R_D
    从小信号等效图来看,小信号增益与M2无关,即M2管没有放大能力,接下来,我们来从器件的角度来分析一下原因。

    共源共栅级的放大过程

    我们通过与共栅级的对比来探究原因。
    共栅级的栅极电压为 VbV_b ,是固定电位。在源级输入电压发生变化时,直接改变了共栅管的过驱动电压,产生了对应的漏电流,可以看到共栅级的放大能力是源于共栅管的跨导。共栅级实现了以小的过驱动电压,产生漏电流并在负载上产生更大的压降实现放大。
    但是共源共栅管的放大却不是如此。由于信号的输入形成的过驱动电压,在漏端产生了电流。在保证双管都工作在饱和区的时候,我们增大输入电压,得到了更大的漏电流。由于双管的漏端电流相同,所以可以由漏端电流确定共栅管的漏源电压(忽略沟长调制效应),保证了等大的电流流入负载,这就体现了共栅管的开关而非放大特性。从这个过程中我们看到,由于共源级的输入电压形成的过驱动电压形成漏电流,使得共栅级的过驱动电压追随共源级,所以从共源级到共栅级并没有形成电压的放大。

    共栅管的屏蔽作用

    在上述介绍中,我们明确了该电路中共栅管的电流开关作用,接下来我们继续挖掘该管的其他作用。
    当共源共栅的输出端电压,即共栅管的漏极电压,发生变化时,如当电压增加时,共栅管的漏源电压增加,由于沟长调制效应,漏电流增大,因此共源管的漏源电压也增大,但由于共栅管的过驱动电压的增加,对共源管的漏源电压的增加有一定的抵消作用,即负反馈。这就体现了共栅管对于输入管的屏蔽保护作用。
    从输出电阻的角度来看,共源共栅级的输出电阻是共源级的 gmrog_m*r_o 倍,外部电压的变化对输出电流的影响减小了一到两个数量级。
    由于高输出阻抗的性质,作为电流源非常合适。

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    在这里插入图片描述1. 折叠式共源共栅结构总的偏置电流比非折叠共源共栅结构的大,才能获得与之相当的性能;
    2. 折叠式共源共栅结构的输出阻抗比非折叠的共源共栅的要小;
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    增益提高的想法是要进一步增加输出阻抗而不增加更多的共源共栅器件。
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    1、噪声
    在相对低的频率时,共源共栅器件产生的噪声可忽略;
    由于折叠式共源共栅运放多引入了一对对管,因此折叠式共源共栅结构可能比套筒式的相应结构有更大的噪声;
    2、转换速率
    反馈电路中使用的运放表现出所谓“转换”(slewing)的大信号特性;
    对于足够小的输入的响应遵循指数规律,而对于大的阶跃输入,输出表现为具有不变斜率的线性斜坡,这就是转换,斜坡的斜率为“转换速率”;
    转换是一种非线性现象,例如输入幅度增加一倍,在输出的所有点上其电平并不增加一倍,因为斜坡表现出与输入无关的斜率;
    在处理大信号的高速电路中,转换是一种不希望的现象;
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    3、输入范围限制
    扩展输入共模范围的一种简单方法是混合使用NMOS差动对和PMOS差动对,使得一个“死”时,另一个“活”。其思想是把具有NMOS和PMOS输入差动对的两个折叠运放结合起来;
    但问题是:当输入CM电平改变时,两个差动对的总跨导的变化;
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空空如也

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