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V in的小信号漏

电流而M2电流流过R D，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V b≥ V in + V GS2 -V TH1；

V out≥ V in-V TH1+V GS2-V TH2

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：

V in≤V TH1，M1，M2处于截止状态，V out=V DD,且V X≈ V b -V TH2 (忽略亚阈值导通)；当Vin≥V TH1，M1产生电流，V out则降低，V GS2上升而V X下降。

V in>V TH1，开始出现电流，V out下降，V X下降，到一定值时M1或M2 进入线性区，增益（V out曲线的斜率）减小。

1.2输出摆幅：

M1工作在饱和区：

V A=V b-V GS2≥V ov1=V in-V t1 V b≥V in+V GS2-V t1

M2工作在饱和区：V out≥V b-V t2≥V in+V GS2-V t1-V t2=V ov1+V ov2

为了使M4工作在饱和区：V out

所以输出摆幅为：V on1+V on2

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

A V=V out/V in=-g m1V1R D/V in，而V1= V in，

所以A V=-g m1R D。

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r o1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(g m2+ g mb2) r o2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g m r o 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g m r o 倍。缺点是其输出电压的最小值为两个过驱动电压。

1

m m G g ≈2221()out m mb O O R g g r r ≈+12

2

12

()V m m mb O O A g g g

r r ≈-+222()m mb O g g r +()()()

2

12D n ox GS TH I C W L V V μ=-1

2m O n ox

D D

W g r C I L I μλ=

1L

λ∝

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ΔV X 时，由于共源共栅结构具有高输出阻抗特性，因此只会引起ΔV X 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.V in 和V out 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。

X V =∆？(

)()1

22212

222

11

o X out

m mb o o o out m mb o r V V g g r r r V g g r ∆=

∆+++⎡⎤⎣⎦≈∆+

７．折叠式共源共栅放大器大信号特性

假定V in 从电源电压下降：

①当V in >V DD -|V TH1|，那么M 1截止，电流I 1全部流过M 2，即，

②当V in

随着V in ↓，I D1↑ I D2 ↓，

③当I D1=I 1时，I D2最终变为0，这时M1进入线性区。

211D out DD D

I I V V I R ==-，2

1112

|)|()(21TH in DD OX p D V V V L

W

C u I I ---=⇒

()1

111

2/L in DD TH p ox I V V V C W μ=--