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電路基礎知識之電流源

GReq_mcu168 ? 來源:加油射頻工程師 ? 作者:加油射頻工程師 ? 2022-07-07 15:14 ? 次閱讀

簡單電路的學習是研究復雜電路的起點,因為復雜電路就是由一個個簡單電路組合起來的。

所以,先把基礎打牢靠。

電流源

7276948c-fd0a-11ec-ba43-dac502259ad0.png

diode-connected MOS

7292ce7c-fd0a-11ec-ba43-dac502259ad0.png

Degenerated CS stage

72ae747e-fd0a-11ec-ba43-dac502259ad0.png

基本的CS拓撲結構,就能把信號放大,為啥要折騰出這么多形形色色的電路出來呢?

費這么大力氣,當然有他的好處在的。

比如說,電流源。

理想的電流源有這樣一個特點,在偏置模型中,能提供偏置點,在小信號模型中,又有無窮大的電阻

基本的CS拓撲結構,其增益為:

72c4d6ce-fd0a-11ec-ba43-dac502259ad0.png

可以看到,RD的大小,限定了共源放大器的增益。但是你想把RD提高,放大器的工作狀態又不答應。RD提得太高,MOS管就可能進入線性區。所以,想要靠提高RD來提升增益,程度非常有限。

那怎么辦呢?

這時候,電流源就有了用武之地了。用電流源把RD一替,增益就能變高一大截。那有人會說,電流源的電阻等效于無窮大了,是不是我就有無窮大的增益了?別急,還有溝道調制效應要考慮呢。

如果考慮上溝道調制效應,則:

72dc98ae-fd0a-11ec-ba43-dac502259ad0.png

用電流源替代RD,則:

72ef80d6-fd0a-11ec-ba43-dac502259ad0.png

再說diode-connected MOS

由上面推導可知,CS放大器的增益,往往和gm有關。

72fe00b6-fd0a-11ec-ba43-dac502259ad0.png

也就是說,gm受很多因素影響:

(1) 不同晶圓之間(un,Cox,Vth),gm的大小也不同

不同wafer之間,摻雜濃度啥的,總歸會有點變化,這就會導致un,Cox,Vth的變化,從而導致gm不一樣

(2) 電壓大小的不同,也會導致gm的不同

比如說用電池的設備,電池在充滿電和用了一些電時,其輸出電壓可能也會有變化,這也會導致gm的不同

(3) 溫度的影響

溫度不同,電子和空穴的遷移率也會變化,gm的大小也會不同

(4) 信號的大小

以上的小信號模型都是假定輸入信號非常小的時候,如果輸入信號變大,則ID的變化也會比較大,則gm的變化也比較大。

所以,電路設計者們會尋找一種能降低gm受外部因素影響的結構。

而diode-connected MOS就是這樣一個電路結構的基礎。

比如說下圖,通過用diode-connected MOS來替代RD后,增益就只與管子的尺寸有關了,而這個就受上述幾個因素的影響就很小了。

730b6bde-fd0a-11ec-ba43-dac502259ad0.png

再說degenerated CS stage

731ef78a-fd0a-11ec-ba43-dac502259ad0.png

如果,創造條件,使得1/gm<

而且,就算沒能創造條件,使得可以忽略gm,但由于RS的存在,也降低了gm對電壓增益的影響。

但是,在源極增加RS,也帶來了一個缺點,就是時電壓增益降低了。

不過,工程師嘛,永遠都是游走在各個矛盾中間,努力做著折中。

在源極增加RS還有一個功能,就是使MOS管形成的非電流源更接近于理想電流源。

理想電流源的阻抗為無窮大,但是基本MOS管形成的電流源的阻抗則為r0。但是在源極增加Rs, 則能極大的增加電流源的阻抗。

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審核編輯:湯梓紅

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
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原文標題:電路簡單,確是基石!

文章出處:【微信號:mcu168,微信公眾號:硬件攻城獅】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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