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集成电路分析与设计 第九章 单级放大器 本章概要 基本概念 共源级 源跟随器 共栅级 共源共栅级 9.1基本概念 9.1基本概念 9.1基本概念 9.1基本概念 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 9.2共源级 RS=0 RS ≠0 RS=0、 RS ≠0漏电流和跨导曲线的差异 从源级看进去的阻抗 源级反馈电阻 负载电阻 带源极负反馈的共源级(λ=0,γ=0)-2 9.2共源级 注意到 M2 连接为二极管， 故其小信号等效电阻为 1/gm2。 于是，AV=-RD/(1/gm1+1/gm2) Rin= 1/gm2 从源级看进去的阻抗 源级反馈电阻 负载电阻 带源极负反馈的共源级(λ=0,γ=0)-3 9.2共源级 带源极负反馈的共源级(λ=0,γ=0)-4 等效跨导 9.2共源级 带源极负反馈的共源级：辅助定理 在线性电路中，电压增益Av=-GmRout，其中Gm表示输出对地短接时电路的跨导；Rout表示当输入电压为零时电路的输出电阻。如上图所示。如果电路的Gm、Rout可以通过观察确定，这个辅助定理将会非常有用。 ∵Vout=-IoutRout，定义Gm=Iout/Vin，则Vout =GmVinRout ∴ Av=Vout/Vin=-GmRout 9.2共源级 带源极负反馈的共源级的等效跨导Gm λ≠0，γ≠0 9.2共源级 带源极负反馈的共源级的输出电阻Rout 输出电阻比不带RS时扩大了[1+(gm+gmb)] RS倍! λ≠0，γ≠0 由代维南定理，可求得输出端的等效输出电阻 由辅助定理, 得: 9.2共源级 带源极负反馈的共源级的Av 9.2共源级 恒流源负载、带源极负反馈的增益 AV与RS无关，请解释这个现象！ 9.2共源级 带源级负反馈共源级放大器小结 因引入负反馈电阻RS , AV ?, 输入线性范围?,常在高线性的V/I变换电路中用作差分输入级的半电路。 因输出阻抗较高, 利用该特性可在MOS管的源级加入负反馈电阻以构成高性能电流源。 因负反馈电阻RS的引入, 输出电压允许的最小值增加, 即输出摆幅?。即因此多消耗了一些电压余度。 9.3源跟随器 源跟随器及其小信号等效电路 9.3源跟随器 源跟随器及其小信号等效电路 衬偏效应等效于在输出端接了一个电阻1/gmb——这仅对源跟随器是正确的！ 衬偏效应使源跟随器的输出电阻减小了！ 9.3源跟随器 恒流源偏值源跟随器的增益 λ1= λ2 =0，γ1≠0 9.3源跟随器 恒流源负载的源跟随器 λ1≠0 λ2≠0 γ1 ≠0 9.3源跟随器 源跟随器的增益（实例） 从M2源端看进去的阻抗为： 从M1源端看进去的阻抗为： λ1≠ 0, λ2 ≠ 0 γ1≠0, γ2≠0 9.3源跟随器 源跟随器与共源级放大器的级连 1. 仅有CS 放大器， M1工作在饱和区时: VX≥VonM1=Vin-VTH1 2. 加上源跟随器后， M3工作在饱和区时: VX ≥ VGS2+VonM3= VGS2+(Vb-VTH3) 用作电平移动的源跟随器会消耗电压余度(减小输出摆幅) 9.3源跟随器 没有体效应的PMOS源跟随器 9.3源跟随器 源跟随器小结 源级跟随器的AV≤1，因输出电阻较大，一般只用来驱动小电容(或高阻)负载，不宜用来驱动低阻、大电容负载。 源级跟随器的最可能的应用是用来构成电平位移电路。 驱动低阻、大电容负载常用衬底NPN (PNP)构成射极跟随器来驱动。 9.3源跟随器 源跟随器的应用（实例） 在所关心的频率下C1交流短路，求AV？M1工作在饱和区时，输入端允许的最大直流电平为多少？ 为了允许接近VDD的输入直流电平，电路改为(b)图所示，M1、M3的栅源电 压应满足什么样的关系才能保证M1个工作在饱和区？ AV=-gm1[r01//r02//(1/gm2) Vinmax≤VDD-|VGS2|+VTN 若Vin=VDD，则VX=VDD-VGS3，要保证M1工作在饱和区，则有： VDD-VGS3-VTN≤VDD-|VGS2|，即VGS3+VTN≥ |VGS2| 9.4共栅级 共栅级放大器 直接耦合的共栅级 电容耦合的共栅级 输入——输出特性 9.4共栅级 共栅放大器的输入电阻 RDIX+r0[IX-(gm+gmb)VX]=VX 若λ= 0，Rin=1/ (gm+gmb)，输入呈现低阻抗特征 RD 减小了(gm+gmb)r0倍！呈现出阻抗变换特性！ 9.4共栅级 共栅放大器阻抗变换特性的应用 假定传输线的特征阻抗为 50? 若 λ=γ