電路基礎知識之電流源

簡單電路的學習是研究復雜電路的起點，因為復雜電路就是由一個個簡單電路組合起來的。

所以，先把基礎打牢靠。

電流源：

diode-connected MOS

Degenerated CS stage

基本的CS拓撲結構，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?

費這么大力氣，當然有他的好處在的。

比如說，電流源。

理想的電流源有這樣一個特點，在偏置模型中，能提供偏置點，在小信號模型中，又有無窮大的電阻。

基本的CS拓撲結構，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。RD提得太高，MOS管就可能進入線性區(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，還有溝道調制效應要考慮呢。

如果考慮上溝道調制效應，則：

用電流源替代RD，則：

再說diode-connected MOS

由上面推導可知，CS放大器的增益，往往和gm有關。

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，總歸會有點變化，這就會導致un,Cox,Vth的變化，從而導致gm不一樣

(2) 電壓大小的不同，也會導致gm的不同

比如說用電池的設備，電池在充滿電和用了一些電時，其輸出電壓可能也會有變化，這也會導致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變化，gm的大小也會不同

(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候，如果輸入信號變大，則ID的變化也會比較大，則gm的變化也比較大。

所以，電路設計者們會尋找一種能降低gm受外部因素影響的結構。

而diode-connected MOS就是這樣一個電路結構的基礎。

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了，而這個就受上述幾個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，也帶來了一個缺點，就是時電壓增益降低了。

不過，工程師嘛，永遠都是游走在各個矛盾中間，努力做著折中。

在源極增加RS還有一個功能，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