集成电路设计笔记（五）基于IC617带源极负反馈的共源级的放大器

本文主要记录带源极负反馈的共源级的放大器的原理及仿真验证

1. 原理

电路如图所示， $R_{S}$ 为源极反馈电阻

交流小信号如图所示

$V_{1} = - I_{x} R_{s}$

$I_{x} - (g_{m} + g_{m b}) V_{1} = I_{x} + (g_{m} + g_{m b}) R_{s} I x$

$V_{x} = r_{o} [I_{x} + (g_{m} + g_{m b}) R_{s} I_{x}] + I_{x} R_{s}$

$R_{o u t} = V_{x} / I_{x} = [I + (g_{m} + g_{m b}) R_{s}] r_{o} + R_{s} = [1 + (g_{m} + g_{m b}) r_{o}] R_{s} + r_{o}$

因为 $(g_{m} + g_{m b}) r_{o} >> I$

所以 $R_{o u t} \approx [1 + (g_{m} + g_{m b}) R_{s}] r_{o}$

$I_{o u t} = g_{m} V_{1} + g_{m b} V_{b s} + I_{r o} = g_{m} V_{1} - g_{m b} V_{x} - \frac{I_{o u t} R_{s}}{r_{o}} = g_{m} (V_{i n} - I_{o u t} R_{s}) + g_{m b} (- I_{o u t} R_{s}) - \frac{I_{o u t} R_{s}}{r_{o}}$

可得到

$G_{m} = \frac{I_{o u t}}{V_{i n}} = \frac{g_{m} r_{o}}{R_{s} + [1 + (g_{m} + g_{m b}) R_{s}] r_{o}}$

$R_{o u t} = [1 + (g_{m} + G_{m b}) r_{o}] R_{s} + r_{o}$

可得增益为

$A_{V} = - G_{m} (R_{D} / / R_{o u t})$

如果忽略沟道长度调制效应和衬底偏置效应，则

交流小信号等效模型如图所示

$V_{i n} - V_{1} = g_{m} R_{s} V_{1}$

$I_{o u t} = g_{m} V_{1}$

$G_{m} = \frac{g_{m}}{1 + g_{m} R_{s}}$

$R_{o u t} = R_{D}$

$A_{V} = - G_{m} R_{o u t} = - \frac{g_{m} R_{D}}{1 + g_{m} R_{s}} = - \frac{R_{D}}{\frac{1}{g_{M}} + R_{S}} \approx - \frac{R_{D}}{R_{S}}$

可知，增益与两电阻的阻值有关。

由于有源极负反馈，放大倍数不高。而且放大倍数与电阻有关，在电路中电阻越大，占有面积越大。

2. 直流仿真验证

原理图如图所示

将栅极电压和两个电阻均设置为变量，

变量初始值如下图所示

进行直流仿真结果，如下图所示

可知，放大倍数小，摆幅小。是因为两个电阻的比值小。

下面我们增大RD来看看，曲线的变化。

打开参数扫描，如下图设置

开始仿真，如图所示。

RD电阻越大，增益越大。

关于，参数扫描。在参数扫描中设置的变量可以认为是第二变量，仿真后的曲线为ADE中设置的变量，在参数扫描中的变量会以多条曲线的形式画出来，仿真的步数等于曲线的条数。

我们设置RD的阻值为50K，来进行下面的仿真验证。DC仿真如下图所示。

3. 瞬态仿真验证

将信号源更改为正弦信号，并按下图设置

仿真结果如下图所示

可知，电路正常放大，无失真

4. 交流小信号仿真

设置AC仿真，频率范围设置为1K—10G

结果如下图所示

可知，增益并不高。

原理仿真就完事啦，欢迎大家留言讨论。

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