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共漏极放大器介绍：小信号行为

发布时间：2025-11-12 23:46:13 丨 浏览次数：

　　是一种单级配置，它使用栅极作为其输入，源极作为其输出。本文将介绍其小信号特性。

　　共漏极放大器有时也称为源极跟随器，由于其低输出阻抗和高输入阻抗，在CMOS设计中非常有用。本系列的前一篇文章讨论了源极跟随器的大信号工作原理。在本文中，我们将分析以下小信号特性：

　　图1显示了我们将要检查的电路。为了简单起见，它与我们在上一篇文章开头介绍的电路相同。这是共漏极放大器的最基本版本；与现实世界的实现不同，它使用理想的电流源。

　　漏极连接到VDD，因为放大器使用NMOS晶体管。如果晶体管是PMOS，则漏极将连接到地。

　　根据基尔霍夫电流定律，输出节点处所有电流的总和等于零。对于图2，这意味着：

　　因为共漏极放大器的源极不接地，所以体效应始终存在。将这些电流值代入方程1，我们得到：

　　由此，我们确认了在大信号分析中看到的情况——源极跟随器充当电压缓冲器。尽管由于体效应，增益永远不会精确为1，但它可以非常接近1。

　　由于放大器的输入端是晶体管的栅极，因此输入电阻为无穷大。本节将不再进一步考虑。为了找到输出电阻，我们将测试电压（vt）连接到输出节点，并在放大器输入接地的情况下计算从中流出的电流（it）。图3显示了我们的测试设置。

　　根据此图，并认识到vgs = –vt和vbs = –vt，我们发现测试电流为：

　　这些方程说明了源极跟随器的输出电阻非常低，具有吸引力。其近似值为1gm1gm

　　比晶体管输出电阻（ro）小很多，这表明放大器能够将高阻抗增益级与其输出负载隔离开来。

　　最后，让我们使用图4中的电路和小信号模型来研究共漏极放大器的频率响应。请注意，这次我们忽略了体效应和沟道长度调制。

　　从等式10中可以看出，源极跟随器在左半平面有两个极点和一个零点。这是由于栅极到源极电容在高频下使输入和输出节点短路造成的。

　　输入和输出阻抗（分别为Zin和Zout）也可以告诉我们一些关于该放大器频率响应的有趣信息。为了计算Zin，我们将使用图5中的电路。

　　当最后两个项相乘时，分母中会出现s2。这意味着输入阻抗在某些频率下可能为负。负阻抗可能导致系统不稳定，使得源极跟随器在振荡器设计中非常有用。

　　为了找到Zout，我们在图4的输出端添加一个测试电压源，并测量其输出电流。当我们将测试电压除以输出电流时，我们得到：

　　这种行为类似于电感器，使得源极跟随器在高频率应用中作为电感器的替代品具有重要价值。

　　理解电路的小信号操作非常重要，特别是在设计模拟集成电路时。在小信号分析中，我们通过关注在定义的偏置条件下的操作来忽略晶体管的非线性、大信号行为。