電路基礎(chǔ)知識(shí)之電流源

簡單電路的學(xué)習(xí)是研究復(fù)雜電路的起點(diǎn)，因?yàn)閺?fù)雜電路就是由一個(gè)個(gè)簡單電路組合起來的。

所以，先把基礎(chǔ)打牢靠。

電流源：

diode-connected MOS

Degenerated CS stage

基本的CS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，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(fèi)這么大力氣，當(dāng)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(gè)特點(diǎn)，在偏置模型中，能提供偏置點(diǎn)，在小信號模型中，又有無窮大的電阻。

基本的CS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其增益為:

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(tài)又不答應(yīng)。RD提得太高，MOS管就可能進(jìn)入線性區(qū)。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(shí)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(huì)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(diào)制效應(yīng)要考慮呢。

如果考慮上溝道調(diào)制效應(yīng)，則：

用電流源替代RD，則：

再說diode-connected MOS

由上面推導(dǎo)可知，CS放大器的增益，往往和gm有關(guān)。

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(huì)有點(diǎn)變化，這就會(huì)導(dǎo)致un,Cox,Vth的變化，從而導(dǎo)致gm不一樣

(2) 電壓大小的不同，也會(huì)導(dǎo)致gm的不同

比如說用電池的設(shè)備，電池在充滿電和用了一些電時(shí)，其輸出電壓可能也會(huì)有變化，這也會(huì)導(dǎo)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(huì)變化，gm的大小也會(huì)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(shí)候，如果輸入信號變大，則ID的變化也會(huì)比較大，則gm的變化也比較大。

所以，電路設(shè)計(jì)者們會(huì)尋找一種能降低gm受外部因素影響的結(jié)構(gòu)。

而diode-connected MOS就是這樣一個(gè)電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

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(guān)了，而這個(gè)就受上述幾個(gè)因素的影響就很小了。

再說degenerated CS stage

如果，創(chuàng)造條件，使得1/gm<

而且，就算沒能創(chuàng)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(gè)缺點(diǎn)，就是時(shí)電壓增益降低了。

不過，工程師嘛，永遠(yuǎn)都是游走在各個(gè)矛盾中間，努力做著折中。

在源極增加RS還有一個(gè)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。

審核編輯：湯梓紅