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考虑沟道调制效应,则
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所以,想要提高放大增益,有两个途径:(1) 提高gm(2) 提高RD
gm的公式有三条:
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这三个公式,告诉我们,gm与公式中涉及到的这些因素相关。直观上想想,这些因素,都不能把gm提高太多。比如说,增加W,可以提高gm,但是那又怎样?就算增加W,不影响其他性能,那你能把宽度设到一个晶圆那么大?所以从gm这条途径走不通,那就走提高RD这条。
可是,如果RD还是那个RD,戏也唱不下去了。比如说,原来RD为1kohm,然后想把电压增益,提高100倍,啪地一下,给RD整成100kohm,你以为你的增益能提高100倍,其实放大器早就歇菜了。
那怎么办?这时候,就要变个戏法了。就是给他一个像RD,但又不是RD的东西。这个东西就是电流源。
理想的电流源,等效为开路,也就是电阻为∞。因为有源源不断的电流,所以不用担心放大器的偏置问题;而在小信号模型中,又等效于开路,即没有。所以,就这样一个简单又巧妙的操作,把放大器的增益,提高了好几个档次。
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那电流源又该怎么来实现呢?一个简单的共源电路,即等效于一个电流源,不过不太理想。理想的电流源,Rout=∞;共源电路,由于沟道调制效应,Rout=r0.
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那怎样让这个电流源更接近理想呢?原则就是提高其Rout。可以在源极增加一个电阻Rs.此时输出电阻又被提高几个档次。
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不过,用电阻RS,有个缺点,就是其也会产生压降,则就会导致在同样的供电电压VDD下,VDS的值减小,VDS减小,则可能会让管子进入线性区,此时MOS管就不能等价于电流源了。更重要的一点事,RS这个阻值还不够大。还可以更大点。
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这就是NMOS cascade current source。
所以,当电路中需要电流源时,可以用cascade current source来替代。
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这种Cascade结构,不仅可以使得电流源更接近理想电流源,它还还能成就高增益放大器。说到这,可能有点糊涂啊。电流源不就是为了使得放大器的增益更高么?那为啥又要单拎出来讲,这种cascode结构可以构成高增益放大器呢?
其实,前面都在讲怎么实现一个理想的电流源。但是这个理想电流源的实现,也只是让共源放大器变为Av=-gmro,而不要被电阻RD拖累。
而成就高增益放大器,是为了提高上面式子中的r0。
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cascode放大器,可以看成共源放大器后面跟着一个共栅放大器,所以又称为共源共栅放大器。
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