模拟设计
共源放大器(common-source amplifier)
共源放大器是模拟设计里最常用的电压增益级——只要你想让一个小摆动出来变得更大,第一个想到的就是这一只晶体管。把它想成一根粗水管上的阀门:手柄轻轻一拧(栅极电压),引起的水流变化(漏极电流)远比这一拧本身要大,而你把这股电流变化读成负载上的电压摆幅。要注意它是反相的——输入往上推,输出反而往下摆——这就是增益带负号的原因。那摆动到底放大了多少?大致就是晶体管的跨导 gm(栅极操控电流的本事有多强)乘以它的输出电阻 ro(面对变化的输出电压,器件把这股电流稳住的倔强程度):增益 ≈ -gm*ro,也就是所谓的本征增益,每一级通常在几十到一两百倍之间。而跨导本身取决于你把器件偏置得有多猛——在教科书的平方律区里,gm = 2*Id/Vov,其中 Vov 是栅极超过阈值的过驱动电压。
另外两个近亲沿用同一只晶体管,只是从不同的端子取输出。共漏级——更常见的叫法是源极跟随器——把输出取在源极而不是漏极。它几乎不放大(增益 ≈ 1,略小一点);它的本职是当缓冲器,对驱动它的前级呈现一个轻巧的高阻负载,同时把电压以低阻、能带电流的副本交给下一级。共栅级则把栅极固定、从源极驱动:它不反相,输入阻抗低、输出阻抗高,表现得像一个电流缓冲器——很适合做共源共栅(cascode),即把它叠在一只共源器件上方,以倍增输出电阻、提升增益。可以把这三者看成一家人,按哪个端子作为公共参考来分类:共源用来放大,共漏用来缓冲电压,共栅用来干净地传递电流。
Av ≈ -gm*ro, with gm = 2*Id/Vov
共源级的小信号电压增益(反相),以及背后由偏置决定的跨导。
实际负载很关键:-gm*ro 这个数字假设了理想电流源负载,所以你真正拿到的增益是 gm 乘以晶体管与其负载并联后呈现的输出电阻——单纯一个电阻负载通常给出的增益要小得多。
又称
另见