映象電流源特點 偏置電流源電路的對與錯

2021-10-14 03:35:13 字數 2107 閱讀 8522

下面的電流源偏置電路究竟哪個結構是對的?幾乎每個模擬ic課程都會講這個例子,可是始終有人搞不清楚。

常見的電流源偏置電路

在介紹gm/id的積體電路設計方法時,有乙個例項就是設計乙個簡單的電流源偏置,關於電流源偏置的原理也在其中仔細推導。

問題很簡單:假設所有mos管都工作在飽和區,nmos尺寸比例如圖中標註所示(k>1),那麼上圖中哪個電路工作的更好,給出合理的理由?

有兩個關於該電路的推導,分別是輸出電流表示式與兩個nmos跨導的比值,這兩個結論會在後面用到。

利用電流表示式,推導出 與 的跨導比值為:

對於初學者來說乍一看覺得兩個電路貌似一樣,都是nmos的 電壓差值通過電阻r產生電流,那麼哪個才是正確的呢?

很多同學會在其它地方見到各種各樣的解釋,最終都告訴大家,右邊的電路才是可以穩定工作的。

無外乎兩種說法,第一種說法:圖(a)中是正反饋,圖(b)中是負反饋;第二種說法:兩個圖中電路都是正反饋,不過圖(a)中反饋係數大於1,圖(b)中反饋係數小於1。

以上兩種說法到底哪種是正確?回答這個是需要具體計算和推導的。

從電流角度理解該電路的反饋特性

從電流角度理解上面偏置電路的時候首先要有乙個認識:對於偏置電路中尺寸比為k:1的 和 , 接成源極負反饋的形式時,兩個nmos的 比值為: .

經過上面兩個過程,可見電流通過環路之後被放大了 倍,該電路是乙個正反饋,如果 ,那麼該電路反饋係數大於1(顯然成立)。

經過上面兩個過程,可見電流通過環路之後被縮小了 倍,該電路是乙個正反饋,如果 ,那麼該電路反饋係數小於1(顯然成立)。

通過上面的兩個簡單分析,可以得到結論:上面兩個圖中電路都是正反饋,不過圖(a)中反饋係數大於1,圖(b)中反饋係數小於1。

從電壓角度理解該電路的反饋特性

以上從電流角度的理解沒有詳細的推導,如果還不能說服你,那麼可以閱讀以下具體的環路增益推導過程,假設按照圖中標註斷開環路,並加入小訊號干擾,計算環路增益。

第一部分:由 柵極到 柵極的共源極放大器增益:

第二部分:由 柵極到 柵極的共源極放大器增益:

所以上面電路的環路增益為: 可見該電路是乙個正反饋,如果 ,那麼該電路反饋係數大於1(顯然成立),所以該電路無法穩定工作。

第一部分:由 柵極到 柵極的共源極放大器增益:

第二部分:由 柵極到 柵極的共源極放大器增益:

所以上面電路的環路增益為:

可見該電路是乙個正反饋,如果 ,那麼該電路反饋係數小於1(顯然成立),所以該電路可以穩定工作。

通過上面的環路增益求解,可以得到結論:上面兩個圖中電路都是正反饋,不過圖(a)中反饋係數大於1,圖(b)中反饋係數小於1,所以圖(a)電路無法穩定工作,圖(b)中電路可以穩定工作。

電路**驗證

下面通過兩個簡單的電路**對比,驗證計算結果的正確性,為了利用之前的電路,這裡採用pmos結構電流源偏置電路。

按照上面推導結果,結合原理圖中器件的尺寸比值,發現理論計算與**結果十分吻合,以上是關於電流源偏置電路的討論和結論。

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