电流源的前世今生

简单的一个共源放大器，如下图。

考虑沟道调制效应，则

所以，想要提高放大增益，有两个途径：(1) 提高gm(2) 提高RD

gm的公式有三条：

这三个公式，告诉我们，gm与公式中涉及到的这些因素相关。直观上想想，这些因素，都不能把gm提高太多。比如说，增加W，可以提高gm，但是那又怎样?就算增加W，不影响其他性能，那你能把宽度设到一个晶圆那么大?所以从gm这条途径走不通，那就走提高RD这条。

可是，如果RD还是那个RD，戏也唱不下去了。比如说，原来RD为1kohm，然后想把电压增益，提高100倍，啪地一下，给RD整成100kohm，你以为你的增益能提高100倍，其实放大器早就歇菜了。

那怎么办?这时候，就要变个戏法了。就是给他一个像RD，但又不是RD的东西。这个东西就是电流源。

理想的电流源，等效为开路，也就是电阻为∞。因为有源源不断的电流，所以不用担心放大器的偏置问题;而在小信号模型中，又等效于开路，即没有。所以，就这样一个简单又巧妙的操作，把放大器的增益，提高了好几个档次。

那电流源又该怎么来实现呢?一个简单的共源电路，即等效于一个电流源，不过不太理想。理想的电流源，Rout=∞;共源电路，由于沟道调制效应，Rout=r0.

那怎样让这个电流源更接近理想呢?原则就是提高其Rout。可以在源极增加一个电阻Rs.此时输出电阻又被提高几个档次。

不过，用电阻RS，有个缺点，就是其也会产生压降，则就会导致在同样的供电电压VDD下，VDS的值减小，VDS减小，则可能会让管子进入线性区，此时MOS管就不能等价于电流源了。更重要的一点事，RS这个阻值还不够大。还可以更大点。

这就是NMOS cascade current source。

所以，当电路中需要电流源时，可以用cascade current source来替代。

这种Cascade结构，不仅可以使得电流源更接近理想电流源，它还还能成就高增益放大器。说到这，可能有点糊涂啊。电流源不就是为了使得放大器的增益更高么?那为啥又要单拎出来讲，这种cascode结构可以构成高增益放大器呢?

其实，前面都在讲怎么实现一个理想的电流源。但是这个理想电流源的实现，也只是让共源放大器变为Av=-gmro，而不要被电阻RD拖累。

而成就高增益放大器，是为了提高上面式子中的r0。

cascode放大器，可以看成共源放大器后面跟着一个共栅放大器，所以又称为共源共栅放大器。

审核编辑：汤梓红