共源級放大器的定義和類型

共源級放大器具有采用電源負載的共源級，二極管連接方式的負載的共源級，電流源負載的共源級，有源負載的共源級，源級負反饋的共源級。接下來會給大家根據小編自己的理解簡單介紹一下這五種類型的共源級放大器。

共源級放大器的定義

共源級（common-source）放大器定義為，在柵級輸入信號，在漏級輸出信號。它具有高的輸入阻抗、中等至較高的輸出阻抗，電壓增益大于1。

采用電阻作負載的共源級

這是采用電阻作負載的共源級的結構圖，電路的大信號和小信號的特性我們都需要研究，我們先分析一下電路的大信號模型。

Vout=VDD-IDRD，對于M1晶體管而言，VGS=Vin；VDS=Vout。

上圖為輸入-輸出特性曲線。

如果Vin < VTH，M1工作在截止區，ID=0，所以Vout=VDD。

當Vin接近VTH時，M1管開始導通，存在漏極電流ID，使得Vout減小。因此，我們可以得到：

這里忽視了溝道長度調制效應。Vin越大，Vout越小。M1繼續工作在飽和區。

當M1處于線性區和飽和區邊界時，Vout=Vin-VTH，也就是對應圖中的A點。

當Vin > Vin1時，M1工作在線性區：

因為要讓器件工作在飽和區，所以Vout>Vin-VTH，工作在A點的左側。

對輸出電壓求關于輸入電壓的偏導數，可以計算出增益的大小，當然，我們也可以通過小信號模型的方法，更為簡便的看出其增益的大小。小信號模型如下圖所示。

二極管連接型器件作為負載的共源級

在許多CMOS工藝下，電阻的阻值不精確或者物理尺寸不合適，因此，考慮用MOS管代替電阻RD。

把晶體管的柵極和漏極短接，可以起到小信號電阻的作用。在模擬電路里被稱為“二極管連接型”器件。

此結構的小信號特性與兩端電阻相似。因為VG=VD，所以晶體管總是工作在飽和區（VDS>VGS-VTH），這點不難理解。因為工作在飽和區，我們要考慮溝道長度調制效應，那么這個二極管連接型器件代替電阻的阻值是多少呢？假設存在體效應，測試等效電阻的方法是外加電壓源，假設產生電流，計算VX和IX的比值。

我們可以根據電路的小信號模型可以看出來其等效電阻的大小。

我們現在分析采用二極管連接型器件做負載的共源級，考慮體效應，忽略溝道長度調制效應。

用二極管連接型器件的等效電阻代替用電阻負載的共源級。我們可以非常容易的看出他的增益。

當輸入和輸出電平發生變化時，增益相對保持不變，這說明輸入-輸出特性呈線性。

采用電流源作負載的共源級

對于電阻或者二極管連接的負載而言，增大阻值會消耗直流壓降，從而限制輸出電壓的擺幅，不難理解，Vout=VDD-IDRD。

一個切實可行的方法就是用不服從歐姆定律的器件代替負載。

增益可以表示為：

有源負載的共源級

我們可以把輸入信號加在M1和M2的柵極上，使其變為一個有源的負載，

可以看出這是一個CMOS反相器，利用數字電路的知識，我們可以列出他的真值表，當輸入為高電平時，輸出為低電平；當輸入為低電平時，輸出為高電平。

我們可以根據小信號模型，計算出其增益

AV=-(gm1+gm2)(ro1||ro2)

工作在深線性區的MOS為負載的共源級

工作在深線性區的MOS器件的特性像電阻一樣，因此可以作為共源級的負載。

要求Vb足夠低，這樣才能保證M2工作在深線性區。

所以，電壓增益很容易計算出來，AV=-gm1Ron2

這個電路缺點就是Ron2對于一些參數的依賴，導致電路難以應用。

帶源級負反饋的共源級

為什么要在源級加一個反饋電阻呢？這么做有什么意義呢？

由于漏電流與過驅動電壓（VGS-VTH）之間的非線性關系引入了大量的非線性，因此希望緩解這類器件的非線性。一般有2種做法。

第一種是用二極管接法的MOS管做負載的共源級的線性特性。

第二種就是在晶體管的源級串聯反饋電阻。輸入電壓的一部分降落在電阻RS上而不是柵極的過驅動電壓。

第二種方便記憶，分母等于MOS管器件的跨導的倒數加上源地之間純電阻的串聯。