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模拟集成电路(5)----单级放大器（共栅级）

news 2025/7/8 11:02:20

模拟集成电路(5)----单级放大器（共栅级）

有一些场合需要一些小的输入电阻（电流放大器）

大信号分析

$\begin{aligned} &-\mathrm{~When~}V_{in}\geq V_B-V_{TH} \\ &\bullet\mathrm{M}_1\mathrm{~is~off},V_{out}=V_{DD} \\ &-\mathrm{~For~Lower~}V_{in} \\ &I_{d}=\frac{1}{2}\mu_{n}C_{ox}\frac{W}{L}(V_{B}-V_{in}-V_{TH})^{2} \\ &V_{out}=V_{DD}-\frac{1}{2}\mu_{n}C_{ox}\frac{W}{L}(V_{B}-V_{in}-V_{TH})^{2}\cdot R_{D} \end{aligned}$

$\begin{aligned}&-\text{ When }V_{in}<V_{in1},\text{M}_1\text{ enters triode region}\\&V_{DD}-\frac12\mu_nC_{ox}\frac{W}L(V_B-V_{in1}-V_{TH})^2\cdot R_D=V_B-V_{TH}\end{aligned}$

大信号特性图

求增益

$\begin{aligned}&V_{out}=V_{DD}-\frac{1}{2}\mu_{n}C_{ox}\frac{W}{L}(V_{B}-V_{in}-V_{TH})^{2}R_{D}\\&\frac{\partial V_{out}}{\partial V_{in}}=-\mu_{n}C_{ox}\frac{W}{L}(V_{B}-V_{in}-V_{TH})(-1-\frac{\partial V_{TH}}{\partial V_{in}})R_{D}\end{aligned}$

$\because\quad\partial V_{TH}/\partial V_{in}=\partial V_{TH}/\partial V_{SB}=\eta,\\A_{\nu}=\frac{\partial V_{out}}{\partial V_{in}}=\mu_{n}C_{ox}\frac{W}{L}(V_{B}-V_{in}-V_{TH})(1+\eta)R_{D}$

$A_\nu=g_m(1+\eta)R_D$

小信号分析

$\nu_{bs}=-\nu_{in}\quad\nu_{1}=-\nu_{in}$

$\nu_{out}=-[g_{m}\nu_{1}+g_{mb}\nu_{bs}+(\nu_{out}-\nu_{in})/r_{o}]\cdot R_{D}$

$A_{\nu}=\frac{\nu_{out}}{\nu_{in}}=\frac{g_{m}+g_{mb}+1/r_{o}}{1+R_{D}/r_{o}}\cdot R_{D}\approx(g_{m}+g_{mb})\cdot R_{D}$

如果输入电流源有无限的阻抗 $R_s$
$\nu_1=-[\nu_{in}-(\nu_{out}/R_D)\cdot R_S)\quad\nu_{bs}=\nu_1$

$\nu_{out}=-[g_{m}\nu_{1}+(\nu_{out}+\nu_{1})/r_{o}+g_{mb}\nu_{bs}]\cdot R_{D}\\A_{\nu}=\frac{\nu_{out}}{\nu_{in}}=\frac{g_{m}+g_{mb}+1/r_{o}}{1+(g_{m}+g_{mb})R_{S}+(R_{D}+R_{S})/r_{o}}\cdot R_{D}$

CG的输入电阻

$\nu_1=-\nu_x\quad\nu_{bs}=-\nu_x$

$i_{x}R_{D}+r_{o}(i_{x}-(g_{m}+g_{mb})\nu_{x}=\nu_{x}$

$r_{in}=\frac{\nu_{x}}{i_{x}}=\frac{R_{D}/r_{o}+1}{1/r_{o}+(g_{m}+g_{mb})}\approx\frac{1}{g_{m}+g_{mb}}$

$R_D$ 的影响

$r_{in}=\frac{\nu_{x}}{i_{x}}=\frac{R_{D}/r_{o}+1}{1/r_{o}+(g_{m}+g_{mb})}$

输出电阻

$$ \begin{aligned}r_{out}&=r_{OD}\left\|R_{D}\right\|\\&=\{r_{O}+[1+(g_{m}+g_{mb})r_{O}]\cdot R_{S}\}\|R_{D}\end{aligned} $$

$\begin{array}{cc}{-\mathrm{if}R_{s}=0}\\\\{\longrightarrow}&{r_{out}=r_{O}\left\|R_{D}\right\|}\\\end{array}$

模拟集成电路(5)----单级放大器（共栅级）