了解共柵級(jí)和共源級(jí)兩種放大器的小信號(hào)增益的聯(lián)系和區(qū)別,對(duì)共柵級(jí)放大器主要是本征增益一項(xiàng)進(jìn)行考察,用通用公式來(lái)考察共柵級(jí)。
通用公式
輸入電阻為零的共柵級(jí)
上文共源級(jí)中對(duì)于輸入電阻沒(méi)有提及的原因時(shí)共柵級(jí)的輸入阻抗在低頻中一般認(rèn)為是 ∞ ,不考慮。對(duì)于共柵級(jí),輸入信號(hào)直接接入電路中,需要考慮輸入電阻。
左圖中是直接耦合的共柵級(jí),V b接固定電位,以電阻R D為負(fù)載。右圖為小信號(hào)等效電路(做圖水平拙劣),柵極接地,漏端輸出。該圖的輸出電阻(V i n = 0時(shí)兩壓控電流源都為零)很顯然為 r 0,負(fù)載電阻為 R D 。
在上述條件都交代清楚的的時(shí)候,此時(shí)按我們的公式,只差源端輸入的本征增益了。對(duì)于共源級(jí)電路,本征增益為 g m ? r o,該增益反應(yīng)的時(shí)柵源電壓作為控制電壓對(duì)于MOS管漏電流的影響,所以我們想要知道共柵級(jí)的本征增益就需要考察襯源電壓(背柵)對(duì)于MOS管漏電流的影響。
對(duì)于本征增益的理解
同樣的,柵源電壓和背柵電壓都是通過(guò)壓控電流源的方式改變漏電流,所以首先會(huì)存在一個(gè)背柵電壓引發(fā)的增益 g m b ? r o 。問(wèn)題來(lái)了,背柵電壓的存在僅僅引起這部分增益么?
顯然不是,我們從小信號(hào)電路中看到,由于背柵電壓的存在,柵源電壓也被抬升到與背柵電壓相同的電位,所以引起了相同數(shù)量的第二部分的增益 g m ? r o,最后,**由于輸入信號(hào)直接接入到電路中,由于溝道電阻的作用,還有一個(gè)電路本身的增益 1 **。
所以,綜上所述,整個(gè)由于背柵電壓引起的增益之和為( g m b ? r o + g m ? r o + 1 ) 。
所以我們可以通過(guò)公式得到結(jié)果:
將該結(jié)果與共源級(jí)的電阻負(fù)載放大器相比,發(fā)現(xiàn)共柵級(jí)輸入的增益要大一些(本征增益比1大一到兩個(gè)數(shù)量級(jí),而背柵跨導(dǎo)比柵源跨導(dǎo)要小一個(gè)數(shù)量級(jí),所以二者整體相差并沒(méi)有很大)。
考慮輸入電阻的共柵級(jí)
在結(jié)構(gòu)上,我們看到該小信號(hào)電路與共源級(jí)非常相似,僅僅是輸入從柵源端改到了襯源端,電路本身的屬性(空載和帶載輸出電阻)并沒(méi)有發(fā)生變化,空載輸出電阻為[r o + R s + ( g m + g m b ) ? R s ? r o ]所以我們從公式直接得出結(jié)論。
在將兩種放大器進(jìn)行比較之后,我們得到一些結(jié)論:兩者在放大方式上類(lèi)似,都是通過(guò)電壓控制輸出漏電流來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)放大,但兩者的放大能力又不相同,共柵級(jí)的漏電流來(lái)源于多處,故比共源級(jí)放大能力更強(qiáng)。而共源級(jí)放大方式單純,對(duì)于電路的改變較小,便于分析,同時(shí)也避免了體效應(yīng)。
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