共源共栅放大器的工作原理、电路分析-应用有哪些

什么是Cascode放大器？

共(gong)源共(gong)栅放(fang)大器包括(kuo)两(liang)个阶段，例如CE（共(gong)发射极(ji)）级和CB（公共(gong)基极(ji)）级，其中CE馈入(ru)CB。当我们(men)将(jiang)其与放(fang)大器的单级进行比较时，其组合可(ke)以具有不同的特(te)性，例如高(gao)(gao)输入(ru)/输出隔(ge)离度，高(gao)(gao)i / p阻(zu)抗，高(gao)(gao)o / p阻(zu)抗和高(gao)(gao)带(dai)宽。

在电(dian)(dian)流电(dian)(dian)路中，可以通过使用两个晶(jing)体管（即BJT或FET）来频繁使用此放大器。在这(zhei)里，一个晶(jing)体管的工作(zuo)方(fang)式(shi)类似于CE或公共源极，而其他晶(jing)体管的工作(zuo)方(fang)式(shi)类似于CB或公共栅极。该放大器增强(qiang)了I / O隔离，就像从O / P到I / P没(mei)有直接耦合一样，这(zhei)降低了米勒效应(ying)并因此提供(gong)了高带(dai)宽。

共源共栅放大器的分析

共源(yuan)共栅(zha)放大器用于(yu)增强模拟电路的(de)(de)(de)性能。共源(yuan)共栅(zha)的(de)(de)(de)利(li)用是一种常见的(de)(de)(de)方法(fa)，可(ke)用于(yu)晶体管(guan)以(yi)及真(zhen)空(kong)管(guan)的(de)(de)(de)应用中(zhong)。级(ji)联共源(yuan)代码(ma)用于(yu)1939年由Roger Wayne Hickman和Frederick Vinton Hunt撰写(xie)的(de)(de)(de)文章中(zhong)。讨论的(de)(de)(de)是稳压器的(de)(de)(de)应用。他们(men)为两(liang)个三极(ji)管(guan)设(she)计了(le)共源(yuan)共栅(zha)共基共栅(zha)，其(qi)(qi)中(zhong)第一个三极(ji)管(guan)的(de)(de)(de)公共阴极(ji)设(she)置(zhi)，而下一个三极(ji)管(guan)的(de)(de)(de)公共栅(zha)代替五极(ji)管(guan)。因此，可(ke)以(yi)将(jiang)其(qi)(qi)名称假定为具有(you)相关特性（如五极(ji)管(guan)）的(de)(de)(de)级(ji)联三极(ji)管(guan)的(de)(de)(de)简化。

共源共栅(zha)级的(de)级联叫(jiao)做共源共栅(zha)结构，如图1所示，它(ta)显示了共源共栅(zha)电(dian)(dian)路的(de)基本(ben)结构：M1产生与输(shu)(shu)入(ru)电(dian)(dian)压Vin成正(zheng)比的(de)小信号漏(lou)电(dian)(dian)流(liu)，将输(shu)(shu)入(ru)电(dian)(dian)压信号转(zhuan)变为电(dian)(dian)流(liu)信号；M2仅仅使电(dian)(dian)流(liu)流(liu)经RD，将源极的(de)电(dian)(dian)流(liu)信号传输(shu)(shu)到输(shu)(shu)出。

从(cong)共(gong)源共(gong)栅放(fang)大器的大信号特(te)(te)性(xing)(xing)（传输特(te)(te)性(xing)(xing)、输出(chu)电压范围）、小信号特(te)(te)性(xing)(xing)（增益(yi)、输出(chu)阻抗）、作(zuo)用、高频(pin)特(te)(te)性(xing)(xing)与(yu)噪声特(te)(te)性(xing)(xing)来分析(xi)，下(xia)面我详细说说我的理解。

大信号(hao)特性：当Vin≤Vt1时 ， M1、M2截(jie)止；当Vin≥Vt1时 ，M1、M2都饱(bao)和；而(er)Vin足够大时，M1进入线性区，M2也进入线性区，如图二(er)所(suo)示。

分析偏置条件：为了(le)保证(zheng)(zheng)M1工作于(yu)饱(bao)(bao)和(he)区(qu)，必须满足Vx≥Vin-Vt1 .假(jia)如M1和(he)M2都处(chu)于(yu)饱(bao)(bao)和(he)区(qu)，则(ze)VX主(zhu)要由(you)Vb决(jue)定：Vx=Vb-VGS2。因此Vb≥Vin+VGS2-Vt1 ,如图3所示。为了(le)保证(zheng)(zheng)M2饱(bao)(bao)和(he)，必须满足Vout≥Vb-VT2 ,如果Vb的取(qu)值(zhi)是M1处(chu)于(yu)饱(bao)(bao)和(he)区(qu)边缘，则(ze)Vout≥Vin-Vt1+VGS2-Vt2。从而保证(zheng)(zheng)M1和(he)M2工作在饱(bao)(bao)和(he)区(qu)的最(zui)小输(shu)出电平等于(yu)M1和(he)M2的过驱(qu)动电压(ya)之和(he)。

共源共栅放大器电路

使(shi)用FET的(de)(de)(de)Cascode放大器电(dian)(dian)路如下所示。该放大器的(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)入(ru)级是FET和Vin（输(shu)(shu)(shu)入(ru)电(dian)(dian)压(ya)）的(de)(de)(de)公共电(dian)(dian)源，Vin与输(shu)(shu)(shu)入(ru)端的(de)(de)(de)栅极(ji)相连。该放大器的(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)级是FET的(de)(de)(de)公共栅极(ji)，其输(shu)(shu)(shu)入(ru)相位非常(chang)严格。o / p级的(de)(de)(de)漏(lou)极(ji)电(dian)(dian)阻为Rd，可以从次级晶体管的(de)(de)(de)漏(lou)极(ji)端子(zi)获取Vout（输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)(dian)压(ya)）。

当(dang)Q2晶(jing)(jing)体(ti)管(guan)的(de)栅极端子接地时，晶(jing)(jing)体(ti)管(guan)的(de)源极电(dian)压(ya)和(he)漏极电(dian)压(ya)几乎保持稳(wen)定(ding)。这(zhei)(zhei)意味(wei)着较(jiao)高的(de)Q2晶(jing)(jing)体(ti)管(guan)向较(jiao)低(di)的(de)Q1晶(jing)(jing)体(ti)管(guan)提供低(di)的(de)i / p电(dian)阻。这(zhei)(zhei)降(jiang)低(di)了较(jiao)低(di)晶(jing)(jing)体(ti)管(guan)的(de)增益，因此米勒(le)效(xiao)应也降(jiang)低(di)了，SO带宽将增加。

下部晶体管的(de)(de)(de)增(zeng)益(yi)降(jiang)低(di)不会影响总(zong)增(zeng)益(yi)，因(yin)为(wei)上部晶体管会补偿总(zong)增(zeng)益(yi)。上晶体管不受米勒效应(ying)的(de)(de)(de)影响，因(yin)为(wei)可以(yi)使用(yong)漏极电(dian)阻器进行从漏极到(dao)源极漂移电(dian)容的(de)(de)(de)充电(dian)和放电(dian)。频率响应(ying)以(yi)及负载仅受高(gao)频影响。

在该电路中，可以将(jiang)输出与输入隔离。下部(bu)晶体(ti)管(guan)在源极(ji)和(he)漏极(ji)的(de)(de)端(duan)子(zi)处包括大约稳(wen)定的(de)(de)电压，而(er)上(shang)部(bu)晶体(ti)管(guan)在其两个端(duan)子(zi)处包括几乎稳(wen)定的(de)(de)电压。从(cong)o / p到(dao)i / p基本上(shang)没有反馈(kui)。因此，使用(yong)稳(wen)定电压的(de)(de)中间连接将(jiang)两个端(duan)子(zi)隔离得很好。

优点和缺点

优点如下：

该放大器(qi)提(ti)供高(gao)带宽，增益，压摆率(lv)，稳定性以(yi)及输入(ru)阻抗。对于两(liang)晶体管电路(lu)，零件数(shu)非常少。

缺点如下：

该放大器(qi)需要两(liang)个(ge)具(ju)有高压电源的(de)晶(jing)体管。对于(yu)双晶(jing)体管共(gong)源共(gong)栅(zha)，应在过程中通过足够(gou)的(de)VDS对两(liang)个(ge)晶(jing)体管施加偏(pian)置，从而对电源电压施加较小(xiao)的(de)限制(zhi)。

因此，这全部是(shi)关(guan)于级(ji)联放大(da)器(qi)理(li)论的(de)(de)。这些放大(da)器(qi)有两种类型，例如折叠式共(gong)源(yuan)共(gong)栅放大(da)器(qi)和bimos共(gong)源(yuan)共(gong)栅放大(da)器(qi)。这是(shi)一个小问题，共(gong)射共(gong)基放大(da)器(qi)的(de)(de)频率(lv)响应？

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