學(xué)習(xí)razavi的書籍以及視頻，給人感覺，就是每一個(gè)電路都不是平白無(wú)故來(lái)的，其產(chǎn)生都是因?yàn)橛行枨蟆?/p>

一個(gè)基本的共源電路，如下圖所示。共源電路的定義為輸入在柵極，輸出在漏極。

如果考慮溝道調(diào)制效應(yīng)，并假設(shè)其工作在飽和區(qū)，則其等效小信號(hào)模型如下圖所示。

gmV1+Vout/r0+Vout/RD=0

Vout/Vin=-gm(r0//RD)

也就是說(shuō)，上圖中的電壓增益為：

Av=-gm(r0//RD)

因?yàn)閞0//RD

從上面的公式可知，想要提高電壓的增益，則可以從三個(gè)方面入手：

(1) 增加RD

(2) 增加r0

(3) 增加gm

先說(shuō)，增加RD。從上面的共源電路可知，如果RD增加，同時(shí)保持ID不變的話，那VDS必定下降，則可能會(huì)使管子從飽和區(qū)進(jìn)入到線性區(qū)。所以想要靠增加RD來(lái)提高電壓增益的話，空間有限。

但是，有沒有辦法，讓RD趨向于無(wú)窮大呢?或者說(shuō)，在小信號(hào)等效模型時(shí)，等效于無(wú)窮大。

回想一下，恒流源的小信號(hào)等效模型，發(fā)現(xiàn)其等效模型為開路，即等效于無(wú)窮大。

所以，如果用恒流源來(lái)替代電阻RD的話，應(yīng)該就能實(shí)現(xiàn)剛才提出的愿望。因?yàn)榇藭r(shí)：

(1) 直流偏置下，可以提供穩(wěn)定的偏置電流

(2) 小信號(hào)模型下，開路，即等效于RD趨向于無(wú)窮大。

此時(shí) ，Av=-gm*r0。

這個(gè)電壓增益稱為MOS管的intrinsic gain，即MOS的固有增益，是管子能達(dá)到的最大增益。

但是怎么能實(shí)現(xiàn)這個(gè)電流源呢?

再回想一下，當(dāng)MOS管工作在飽和區(qū)時(shí)，其漏極和源極之間，就是一個(gè)受控電流源，而且此受控電流源接近于恒流源。

所以，可以嘗試用這個(gè)受控電流源來(lái)實(shí)現(xiàn)上面要求。

不過，NMOS和PMOS實(shí)現(xiàn)的電流源有一定的局限性，即NMOS實(shí)現(xiàn)的電流源只能是從任意結(jié)點(diǎn)流向地，而PMOS實(shí)現(xiàn)的電流源只能是從電流源流向任意結(jié)點(diǎn)。他們都無(wú)法實(shí)現(xiàn)從任意結(jié)點(diǎn)流向另一個(gè)任意結(jié)點(diǎn)的電流源。

有了電流源的實(shí)現(xiàn)方法，就有了下面的電路。

這個(gè)電路有個(gè)名稱，叫做common-source stage with current source load，翻譯過來(lái)就是具有電流源負(fù)載的共源極電路。因?yàn)閞o1和ro2一般都比較大，所以放大器的增益肉眼可見的提高了。

由上圖可知，其電壓增益正比于gm，gm的其中一個(gè)表達(dá)式，如下圖所示。公式中的因素的變化，都會(huì)引起gm的變化，進(jìn)而引起增益的變化。

比如說(shuō):

(1)電子和空穴的遷移率都和溫度相關(guān)

(2) 供電電壓的變化也會(huì)反應(yīng)到ID上

(3)加工誤差，比如不同wafer之間的遷移率和開啟電壓都會(huì)有所差別

(4)信號(hào)幅度，小信號(hào)模型是基于信號(hào)很小的情況下，如果信號(hào)幅度比較大，那么不同幅度下對(duì)應(yīng)的ID不一樣，會(huì)導(dǎo)致gain不一樣

設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要減弱這些不良影響.

而以下構(gòu)建的電路，則可以減小這些因素的影響。

這個(gè)構(gòu)建電路的基礎(chǔ)，就是diode-connected MOS.

如果用上述電路來(lái)代替負(fù)載電阻RD的話，會(huì)起到想不到的結(jié)果。

可以看到，如果使用diode-connected MOS管來(lái)代替負(fù)載電阻RD的話，最后得出的增益，只與管子本身的尺寸相關(guān)，與電子遷移率啊，電流ID的大小啊，都沒有關(guān)系了，大大增加了魯棒性。

一個(gè)基本的共源極電路，想提高它的增益，發(fā)現(xiàn)如果增加RD的值，會(huì)導(dǎo)致管子的工作狀態(tài)從飽和區(qū)進(jìn)入線性區(qū);

轉(zhuǎn)換思路，用恒流源太替代RD，這樣保證偏置和無(wú)窮大電阻共存;接著用MOS管來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流源;

發(fā)現(xiàn)增益，受環(huán)境影響太大，就用diode-connected MOS來(lái)替代RD，使得其增益只和管子的尺寸相關(guān)。

審核編輯：湯梓紅