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【電子精選】共源共柵結(jié)構(gòu)圖文分析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2022-07-05 

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【電子精選】共源共柵結(jié)構(gòu)圖文分析-KIA MOS管


共源共柵結(jié)構(gòu)(cascode structure, CSCG)具有很多特點(diǎn),在CMOS電路中很常見,以NMOS為例,如圖1.1(a)所示。


共源共柵結(jié)構(gòu)


共源共柵結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)就是輸出阻抗大。 共源管下標(biāo)為1,共柵管下標(biāo)為2,單個(gè)共源管的輸出阻抗為ro1,而共源共柵結(jié)構(gòu)的輸出阻抗近似為gm2ro1ro2。


怎么理解共源共柵結(jié)構(gòu)的輸出阻抗比單個(gè)共源管放大了gm2ro2倍?

在圖1.1(c)中,單個(gè)共柵管的增益求解如下:

共源共柵結(jié)構(gòu)


在圖1.1(b)中,輸出阻抗求解過程如下:

共源共柵結(jié)構(gòu)


由于共源共柵結(jié)構(gòu)的輸出阻抗大這個(gè)特點(diǎn),比單個(gè)共源管放大了gm2ro2倍,在高增益的運(yùn)放中,共源共柵結(jié)構(gòu)經(jīng)常作為輸入管和輸出負(fù)載管以提高電壓增益。


共源共柵管的另一個(gè)特點(diǎn)是共源管的源漏電壓vds1對輸出電壓不敏感,當(dāng)輸出電壓變化Δv時(shí),Δvds1可表示為:

共源共柵結(jié)構(gòu)


因此,即便共源共柵結(jié)構(gòu)的輸出負(fù)載變化很大,只要保證共柵管仍工作在飽和區(qū)且有比較大的電壓增益,共源管的源漏電壓vds1的變化也很小。這一特點(diǎn)使得共源共柵結(jié)構(gòu)經(jīng)常被應(yīng)用在電流鏡中。


折疊共源共柵結(jié)構(gòu)

在共源共柵結(jié)構(gòu),共源管將輸入電壓轉(zhuǎn)換成電流,該電流作為共柵管的輸入。同類型的晶體管的共源共柵結(jié)構(gòu)串接即可。不同類型管需要外加偏置電流折疊形成,因此折疊共源共柵一定是PN成對地用。


如果想把圖1.1(a)所示的共源共柵結(jié)構(gòu)改成折疊結(jié)構(gòu),則應(yīng)把輸入管由NMOS管改成PMOS管,同時(shí)增加尾電流源,如圖1.2(a)所示。


尾電流源通過MOS實(shí)現(xiàn),一般的PMOS管作為輸入的折疊共源共柵結(jié)構(gòu)如圖1.2(b)所示,其中尾電流ib=i1+i2。


共源共柵結(jié)構(gòu)


隨著電源電壓越來越低,在運(yùn)放中,更經(jīng)常使用折疊共源共柵結(jié)構(gòu)作為輸入管。折疊共源共柵結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn):輸出擺幅大些,輸入輸出可以短接,較大的功耗,較低的增益,較低的極點(diǎn)頻率,較高的噪聲。



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