0%

零.用管实现两个经典模型

特别提醒:下面的输出电阻表达式仅当小信号时适用

①一端口I/O恒流源(共源级,所以共源级的公式依然适用)

小信号输出电阻:(注:图上未画出)

②小信号电阻器(共源级,但共源级的公式不再适用,下面会给出原因)

小信号输出电阻:(注:图上未画出)

一.共源放大级

①共源放大级的组成

1.漏级电阻

​ 定义:(1)当不存在时,它是从漏极直接到地的电阻;(2)当存在时,它则不能跨过

​ 作用:增加输出级自由度,不然会被钳制在一个固定的值

2.反馈电阻

​ 定义:连接在源极的电阻

​ 作用:(1)稳定输出,降低的敏感程度(2)增大输出阻抗

​ 副作用:(1)带来了噪声(2)降低增益倍数

3.偏置

​ 定义:包括的偏置和的偏置

②共源放大级的公式

1.放大倍数 < 10-15

​ ①没有的情况

(本征增益)

注:此时的可以跨过

​ ②忽略沟道调制,但有

注:此时的不可以跨过

​ ③考虑体效应,沟道调制,的完全体公式

​ 注意:此处完全由提供,因为若,则体效应项不存在,这与理论分析是一致的。

2.输入阻抗

​ ①存在”偏置自给”的情况

​ ②输入端直接连在管上

3.输出阻抗(此时不得不考虑沟道调制效应,不然输出阻抗就是零)

适用条件:G与D不相连(G与S相连是可以的)

​ ①没有的情况

​ ②有

​ ③有(由此看出)

③设计注意

放大倍数:
         ①即使引入电流源,增益也不可能超过本征增益。

​ ②若过大,会进入线性区,降低跨导

​ ③若太大,则只能让增大,这样子扩大,会进入亚阈值区。

④当信号过大时,放大倍数会变(失真)

④一些问题与思考

电流源取代,而电流源是开路。是如何保证的呢?如果取输入端使得,会发生什么?

​ 答:因为电流源不是绝对恒流,存在也存在一定自由度。这个时候就不得不考虑了,否则会有矛盾。因为电流源可以等效为一个大小为的电阻。

为什么电流源的阻抗无穷大?

​ 答:因为其。即并联了一个无穷大的电阻,而在实际操作中这个电阻不会是无穷大,所以当有电压加上去的时候电流会在原来的基础上加上一点点来自电阻的量

​ 这样,我们也同时解释了为什么这一行为可以用一个并联在两端的来等效了。(碎碎念:事实上在短沟道管中沟道调制效应是偏离线性的啦)

⑤共源放大器的变种

①负载为二极管连接(特点:放大倍率稳定 | 平方开根模型)

​ (1)放大倍率:

​ (2)稳压原理:若型号相同,则在忽略沟道调制的情况下,;或者我们也可以说,使得的平方操作,而则对进行了开方操作,于是最终

​ (3)缺点:保持导通需要吸收一部分电压,导致最后的摆幅减小,不能实现.

​ (4)设计注意:若改为,则的改变不会引起体效应

②负载为电流源

​ (1)放大倍率:

​ (2)缺点:和负载为二极管连接是一样的,为了导通,它的输出摆幅也小

​ (3)设计注意:增大可以使得增益变大,相对,摆幅也更小。

③有源负载(优点:放大倍数大 | 缺点:容易受电源噪声影响)

​ (1)放大倍数

​ (2)缺点:,于是容易受到电源噪声干扰。

★★⑥从电源获得偏置电压

​ 引言:看看下面这张图,想想它有什么问题?没错:当时,将没有电流!这也意味着没有偏置!那么我们怎么办呢?

①矛盾一:没有偏置问题

​ 解决方法:在处加入一个电容隔绝直流

②矛盾二:如果没有,则容易受到电源电压干扰;

​ 解决方法:加入。此时由方程与方程唯一决定。

③矛盾三:在级联时,大量引入电容器会使得面积变大,怎么办?

​ 解决方法:第二级的偏置取自第一级。也即选取适当的电阻值,使得.

二.共栅放大级(特点:放大倍数大/不反相/有)

①共栅放大级的组成

1.漏级电阻

​ 定义:(1)当不存在时,它是从漏极直接到地的电阻;(2)当存在时,它则★★不能跨过

​ 作用:★★增加输出级自由度,不然会被钳制在一个固定的值

2.源级电阻

​ 定义:接在源极的电阻

​ 作用:当不需要阻抗匹配时,★★需要控制使得 ①既使得管在饱和区 ②也使得使得减少输入信号损失.

3.偏置电阻
            作用:提供栅极电压偏置

②共栅放大级的公式

1.放大倍数

​ ①不存在时:

由上式,我们知道:体效应会增大放大倍数;这是合理的,因为我们此时输入电压就恰好接在源极。

​ ②当存在时,且不考虑体效应/沟道调制效应(和共源级大小一样,方向相反):

​ ③当存在时,且考虑体效应/沟道调制效应:(更多用这个)

(本征增益)

它告诉我们当不存在时,若为理想电流源负载,增益就是

★★事实上:共栅极放大倍数大于共源级

★★事实上,当时(一个理想电流源),输入阻抗

2.输入电阻(作用:阻抗匹配)

​ ①不存在时:

​ ②当存在时:

3.输出电阻

​ ①

注意:此式与共源级的结果是一致的,因为在电源置零时,我们失去了输入信号的位置这一信息。

③共栅放大级的特点

​ ①当存在时,输入也可以是电流

​ ②放大倍数比共源级大

​ ③体效应十分显著

​ ④存在输入电阻,且越大,★输入电阻越大,的反馈效果越不明显;此外,★输入电阻还可以实现阻抗匹配

④设计注意

​ ①存在输入电阻,且越大,★输入电阻越大,的反馈效果越不明显,但输入放大倍数会变大;此外,★输入电阻还可以实现阻抗匹配

​ ②当不需要阻抗匹配时,★★需要控制使得 ①既使得管在饱和区 ②也使得使得减少输入信号损失.我们可以通过改变来实现。

三.共漏级(源极跟随器)

①共漏跟随器的组成

1.源极电阻

​ 定义:接在源极的电阻

​ 作用:★★防止直接接地造成无输出。

★注意:由于不存在,所以此处的可以跨过管,即也算.这一点会在下面的公式中得到体现。

②共漏跟随器的特点

​ 1.受到体效应影响显著

​ ★2.由于体效应的影响,总是非线性的(即使使用电流源偏置,因为会变),具体解释见书

​ 分析:在理想情况下,认为,由于不变,所以,但在会变的情况下事实上就不是这样子了。

​ ★3.还受影响,所以实际上放大倍数永远到不了1,而且会变。(如下图)

​ 4.源跟随器会降低前级的摆幅,解释见书.

​ 5.源跟随器会引入噪声.

③共漏跟随器的公式

1.放大倍数

(注:考虑时沟道调制可以用来替代)

2.输出电阻的计算(见戴维南等效)

3.输入电阻:无穷大

④共漏跟随器的应用

1.接在输出级,带动负载,牺牲一定增益,防止负载电阻干扰放大倍率。