电路基础知识之电流源

简单电路的学习是研究复杂电路的起点，因为复杂电路就是由一个个简单电路组合起来的。

所以，先把基础打牢靠。

电流源：

diode-connected MOS

Degenerated CS stage

基本的CS拓扑结构，就能把信号放大，为啥要折腾出这么多形形色色的电路出来呢?

费这么大力气，当然有他的好处在的。

比如说，电流源。

理想的电流源有这样一个特点，在偏置模型中，能提供偏置点，在小信号模型中，又有无穷大的电阻。

基本的CS拓扑结构，其增益为:

可以看到，RD的大小，限定了共源放大器的增益。但是你想把RD提高，放大器的工作状态又不答应。RD提得太高，MOS管就可能进入线性区。所以，想要靠提高RD来提升增益，程度非常有限。

那怎么办呢?

这时候，电流源就有了用武之地了。用电流源把RD一替，增益就能变高一大截。那有人会说，电流源的电阻等效于无穷大了，是不是我就有无穷大的增益了?别急，还有沟道调制效应要考虑呢。

如果考虑上沟道调制效应，则：

用电流源替代RD，则：

再说diode-connected MOS

由上面推导可知，CS放大器的增益，往往和gm有关。

也就是说，gm受很多因素影响：

(1) 不同晶圆之间(un,Cox,Vth)，gm的大小也不同

不同wafer之间，掺杂浓度啥的，总归会有点变化，这就会导致un,Cox,Vth的变化，从而导致gm不一样

(2) 电压大小的不同，也会导致gm的不同

比如说用电池的设备，电池在充满电和用了一些电时，其输出电压可能也会有变化，这也会导致gm的不同

(3) 温度的影响

温度不同，电子和空穴的迁移率也会变化，gm的大小也会不同

(4) 信号的大小

以上的小信号模型都是假定输入信号非常小的时候，如果输入信号变大，则ID的变化也会比较大，则gm的变化也比较大。

所以，电路设计者们会寻找一种能降低gm受外部因素影响的结构。

而diode-connected MOS就是这样一个电路结构的基础。

比如说下图，通过用diode-connected MOS来替代RD后，增益就只与管子的尺寸有关了，而这个就受上述几个因素的影响就很小了。

再说degenerated CS stage

如果，创造条件，使得1/gm<

而且，就算没能创造条件，使得可以忽略gm，但由于RS的存在，也降低了gm对电压增益的影响。

但是，在源极增加RS，也带来了一个缺点，就是时电压增益降低了。

不过，工程师嘛，永远都是游走在各个矛盾中间，努力做着折中。

在源极增加RS还有一个功能，就是使MOS管形成的非电流源更接近于理想电流源。

理想电流源的阻抗为无穷大，但是基本MOS管形成的电流源的阻抗则为r0。但是在源极增加Rs, 则能极大的增加电流源的阻抗。

审核编辑：汤梓红