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關(guān)于電阻方式二極管連接的MOS管問(wèn)題分析
  • 發(fā)布時(shí)間:2021-03-19 20:02:55
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關(guān)于電阻方式二極管連接的MOS管問(wèn)題分析
對(duì)于基本的二極管連接的 mosfet,我們都知道其阻抗約為 1/gm。在實(shí)際電路中,也有其他類似的接法,如對(duì)于下圖中 A,B 分別所示的電阻方式的連接:圖中 A 在考慮調(diào)零電阻對(duì)輸出阻抗影響時(shí)有類似的問(wèn)題,而 B 則見(jiàn)于自偏置方式的 cascode 接法。這里,我們來(lái)看下各自的等效阻抗的變化。
二極管連接的MOS管
對(duì)于 A 結(jié)構(gòu)
在考慮直流情況下, 電阻上沒(méi)有電流流過(guò), 實(shí)際X點(diǎn)和Y點(diǎn)電位相等, 可以認(rèn)為和基本的二級(jí)管連接的電路相同, 其等效阻抗為 1/gm.
我們也可以分析其小信號(hào)電路, 注意這里考慮 X 點(diǎn)對(duì)地的電容 Cx, 通過(guò)分析可以得到在 Y 點(diǎn)看到的阻抗為: Ry=(1+s*Cx*R)*rds/[1+gm*rds+s*Cx*(rds+R)]
若忽略 rds, 可簡(jiǎn)化為:
Ry=(1/gm)*(1+s*Cx*R)/(1+s*Cx/gm),
在直流下, Ry=rds/(1+gm*rds),  同樣可以看出其阻抗近似為 1/gm
需要注意的是,若使得 R=1/gm,則 Ry 表達(dá)式中零極點(diǎn)可以對(duì)消,從而得到更好的頻率響應(yīng),這也是有些高速電流鏡采用類似結(jié)構(gòu)的原因,如下圖所示。
二極管連接的MOS管
高速電流鏡
對(duì)于 B 結(jié)構(gòu)
若不考慮寄生電容的影響,對(duì)電路分析可以得到:
1.  Vx=Vy-Iy*R
2.  Iy=gm*Vy+Vx/rds
計(jì)算簡(jiǎn)化之后, 可以得到 Y 節(jié)點(diǎn)的等效阻抗為:
Ry=(rds+R)/(1+gm*rds), 近似為 (1+ R/rds)/gm, 可以看出仍是 1/gm 量級(jí)。
上面的結(jié)果同樣可以通過(guò)反饋的考慮得到, 只是需要注意此時(shí)的環(huán)路增益為 gm*rds 而不是 gm*(R+rds), 這實(shí)際上可以和 Cascode 的增益 gm1*ro1*(1+gm2*ro2)對(duì)比,若 Cascode 管 gm2=0,即變?yōu)楹?jiǎn)單電阻 ro2 串聯(lián)在輸入管上,增益變?yōu)?gm1*ro1.
具體的小信號(hào)分析可見(jiàn)下圖:
二極管連接的MOS管
開(kāi)環(huán)等效電路
上圖中將 Y 節(jié)點(diǎn)的反饋斷開(kāi),考慮電阻 R 一端接電流源,故認(rèn)為開(kāi)路,因此反饋的電壓
Vy,out=Vy,in * gm*(R+rds)
考慮到電路在輸出為電壓(并聯(lián))反饋,因此加入反饋后阻抗變?yōu)? Ry=(rds+R)/(1+gm*rds)
利用類似的分析,同樣可以得到 X 節(jié)點(diǎn)的等效阻抗,注意此時(shí)是在 X 節(jié)點(diǎn)注入一個(gè)小信號(hào)電流看其等效阻抗,得到的結(jié)果與 A 結(jié)構(gòu)類似:Rx=rds/(1+gm*rds)。這里需要注意的是 X 節(jié)點(diǎn)的等效阻抗比 Y 節(jié)點(diǎn)的等效阻抗更小。
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