集成电路设计学习笔记（四）基于IC617的交流小信号分析

以电阻负载的共源极放大器为例，记录交流小信号分析的方法与过程。

1. 电阻负载的共源极放大器

电路基本结构如下图所示

MOS管处于截止区时，$V_{gs}<V_{TH}$

处于饱和区时，$V_{gs}>V_{TH}$且$V_{DS}>V_{gs}-V_{TH}$

处于线性区时，$V_{gs}>V_{TH}$ 且 $V_{DS}<V_{gs}-V_{TH}$

输出电压，$Vout=-gmV_1(r_0//R_D)$

电压增益，$A_V=\frac{V_{out}}{V_{in}}=-g_m(r_0//R_D)$

输入电阻，$R_i=\infty$

输出电阻，$R_o=r_o//R_D$

由于$r_o>>R_D$ 所以$A_v=-g_mR_D=-\sqrt{2\mu_nC_{ox}\frac{W}{L}I_DR_D}=-\sqrt{2\mu_nC_{ox\frac{W}{L}}}\frac{V_{RD}}{\sqrt{I_D}}$

2. 交流小信号分析

幅频特性

幅频特性是指在电子技术实践中所遇到的信号往往不是单一频率的，而是在某一段频率范围内，在放大电路、滤波电路及谐振电路等几乎所有的电子电路和设备中都含有电抗性元件，由于它们在各种频率下的电抗值是不相同的，因而电信号在通过这些电子电路和设备的过程中，其幅度和相位发生了变化，亦即是使电信号在传输过程中发生了失真。电信号传输前后输入信号与输出信号的幅度之比称为幅频特性

频率响应是控制系统对正弦输入信号的稳态正弦响应。即一个稳定的线性定常系统，在正弦信号的作用下，稳态时输出仍是一个与输入同频率的正弦信号，且稳态输出的幅值与相位是输入正弦信号频率的函数。幅频特性，它等于频率响应输出幅值与输入信号幅值之比。

幅频特性就是指系统频率响应的幅度随频率变化的曲线,幅度大的地方对应通带,也就是对应频率成分通过系统有较小衰减,幅度小的地方对应阻带,也就是对应频率成分通过系统有较大衰减，根据这个特性，可以用来观测比较滤波器的情况，观察其是否符合要求也就是作为滤波器的技术指标。

　　理想滤波器是分段常数型的,对应的脉冲响应是无限长的sinc函数,实际系统不可能实现,因此要对脉冲响应进行截断处理,这就在频域产生吉布斯效应,也就是在通带和阻带内形成波动,并且不再尖锐截止,产生过度带。同时可以画幅频特性曲线，这样可以主要检查设计的滤波器是否满足要求,主要指标有:通带截止频率,阻带截止频率,通带波纹和阻带衰减是否达到要求。

相频特性

输入信号与输出信号的相角差称为相频特性，相角差与频率的关系曲线称为相频特性曲线

正弦输入信号的响应也是正弦信号，频率与输入信号相同。不同的是相位与幅值。

在电子技术实践中所遇到的信号往往不是单一频率的, 而是在某一段频率范围内, 在放大电路、滤波电路及谐振电路等几乎所有的电子电路和设备中都含有电抗性元件, 由于它们在各种频率下的电抗值是不相同的, 因而电信号在通过这些电子电路和设备的过程中, 其幅度和相位发生了变化, 亦即是使电信号在传输过程中发生了失真.这种失真有时候是我们需要的, 而有时候是不需要的, 而且必须加以克服。

相位的测量, 通常是指两个或几个同频中的简谐信号之间的相位差的测量.它广泛应用于测量多相系统中或彩色电视系统中几个信号电压之间的相位关系;任意二端阻抗中的电压和电流之间的相位差;滤波器、移相器和放大器等网络的相位移及相位频率特性等