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电路基础知识之电流源

GReq_mcu168 来源:加油射频工程师 作者:加油射频工程师 2022-07-07 15:14 次阅读

简单电路的学习是研究复杂电路的起点,因为复杂电路就是由一个个简单电路组合起来的。

所以,先把基础打牢靠。

电流源

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拓扑结构,就能把信号放大,为啥要折腾出这么多形形色色的电路出来呢?

费这么大力气,当然有他的好处在的。

比如说,电流源。

理想的电流源有这样一个特点,在偏置模型中,能提供偏置点,在小信号模型中,又有无穷大的电阻

基本的CS拓扑结构,其增益为:

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,放大器的工作状态又不答应。RD提得太高,MOS管就可能进入线性区。所以,想要靠提高RD来提升增益,程度非常有限。

那怎么办呢?

这时候,电流源就有了用武之地了。用电流源把RD一替,增益就能变高一大截。那有人会说,电流源的电阻等效于无穷大了,是不是我就有无穷大的增益了?别急,还有沟道调制效应要考虑呢。

如果考虑上沟道调制效应,则:

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

用电流源替代RD,则:

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

再说diode-connected MOS

由上面推导可知,CS放大器的增益,往往和gm有关。

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

也就是说,gm受很多因素影响:

(1) 不同晶圆之间(un,Cox,Vth),gm的大小也不同

不同wafer之间,掺杂浓度啥的,总归会有点变化,这就会导致un,Cox,Vth的变化,从而导致gm不一样

(2) 电压大小的不同,也会导致gm的不同

比如说用电池的设备,电池在充满电和用了一些电时,其输出电压可能也会有变化,这也会导致gm的不同

(3) 温度的影响

温度不同,电子和空穴的迁移率也会变化,gm的大小也会不同

(4) 信号的大小

以上的小信号模型都是假定输入信号非常小的时候,如果输入信号变大,则ID的变化也会比较大,则gm的变化也比较大。

所以,电路设计者们会寻找一种能降低gm受外部因素影响的结构。

而diode-connected MOS就是这样一个电路结构的基础。

比如说下图,通过用diode-connected MOS来替代RD后,增益就只与管子的尺寸有关了,而这个就受上述几个因素的影响就很小了。

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

再说degenerated CS stage

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

如果,创造条件,使得1/gm<

而且,就算没能创造条件,使得可以忽略gm,但由于RS的存在,也降低了gm对电压增益的影响。

但是,在源极增加RS,也带来了一个缺点,就是时电压增益降低了。

不过,工程师嘛,永远都是游走在各个矛盾中间,努力做着折中。

在源极增加RS还有一个功能,就是使MOS管形成的非电流源更接近于理想电流源。

理想电流源的阻抗为无穷大,但是基本MOS管形成的电流源的阻抗则为r0。但是在源极增加Rs, 则能极大的增加电流源的阻抗。

7336a9a2-fd0a-11ec-ba43-dac502259ad0.png

审核编辑:汤梓红

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原文标题:电路简单,确是基石!

文章出处:【微信号:mcu168,微信公众号:硬件攻城狮】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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