共源级放大器的定义和类型

共源级放大器具有采用电源负载的共源级，二极管连接方式的负载的共源级，电流源负载的共源级，有源负载的共源级，源级负反馈的共源级。接下来会给大家根据小编自己的理解简单介绍一下这五种类型的共源级放大器。

共源级放大器的定义

共源级（common-source）放大器定义为，在栅级输入信号，在漏级输出信号。它具有高的输入阻抗、中等至较高的输出阻抗，电压增益大于1。

采用电阻作负载的共源级

这是采用电阻作负载的共源级的结构图，电路的大信号和小信号的特性我们都需要研究，我们先分析一下电路的大信号模型。

Vout=VDD-IDRD，对于M1晶体管而言，VGS=Vin；VDS=Vout。

上图为输入-输出特性曲线。

如果Vin < VTH，M1工作在截止区，ID=0，所以Vout=VDD。

当Vin接近VTH时，M1管开始导通，存在漏极电流ID，使得Vout减小。因此，我们可以得到：

这里忽视了沟道长度调制效应。Vin越大，Vout越小。M1继续工作在饱和区。

当M1处于线性区和饱和区边界时，Vout=Vin-VTH，也就是对应图中的A点。

当Vin > Vin1时，M1工作在线性区：

因为要让器件工作在饱和区，所以Vout>Vin-VTH，工作在A点的左侧。

对输出电压求关于输入电压的偏导数，可以计算出增益的大小，当然，我们也可以通过小信号模型的方法，更为简便的看出其增益的大小。小信号模型如下图所示。

二极管连接型器件作为负载的共源级

在许多CMOS工艺下，电阻的阻值不精确或者物理尺寸不合适，因此，考虑用MOS管代替电阻RD。
 

把晶体管的栅极和漏极短接，可以起到小信号电阻的作用。在模拟电路里被称为“二极管连接型”器件。

此结构的小信号特性与两端电阻相似。因为VG=VD，所以晶体管总是工作在饱和区（VDS>VGS-VTH），这点不难理解。因为工作在饱和区，我们要考虑沟道长度调制效应，那么这个二极管连接型器件代替电阻的阻值是多少呢？假设存在体效应，测试等效电阻的方法是外加电压源，假设产生电流，计算VX和IX的比值。

我们可以根据电路的小信号模型可以看出来其等效电阻的大小。

我们现在分析采用二极管连接型器件做负载的共源级，考虑体效应，忽略沟道长度调制效应。

用二极管连接型器件的等效电阻代替用电阻负载的共源级。我们可以非常容易的看出他的增益。

当输入和输出电平发生变化时，增益相对保持不变，这说明输入-输出特性呈线性。

采用电流源作负载的共源级

对于电阻或者二极管连接的负载而言，增大阻值会消耗直流压降，从而限制输出电压的摆幅，不难理解，Vout=VDD-IDRD。

一个切实可行的方法就是用不服从欧姆定律的器件代替负载。

增益可以表示为：

有源负载的共源级

我们可以把输入信号加在M1和M2的栅极上，使其变为一个有源的负载，

可以看出这是一个CMOS反相器，利用数字电路的知识，我们可以列出他的真值表，当输入为高电平时，输出为低电平；当输入为低电平时，输出为高电平。

我们可以根据小信号模型，计算出其增益

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

工作在深线性区的MOS为负载的共源级

工作在深线性区的MOS器件的特性像电阻一样，因此可以作为共源级的负载。

要求Vb足够低，这样才能保证M2工作在深线性区。

所以，电压增益很容易计算出来，AV=-gm1Ron2

这个电路缺点就是Ron2对于一些参数的依赖，导致电路难以应用。
 

带源级负反馈的共源级

为什么要在源级加一个反馈电阻呢？这么做有什么意义呢？

由于漏电流与过驱动电压（VGS-VTH）之间的非线性关系引入了大量的非线性，因此希望缓解这类器件的非线性。一般有2种做法。

第一种是用二极管接法的MOS管做负载的共源级的线性特性。

第二种就是在晶体管的源级串联反馈电阻。输入电压的一部分降落在电阻RS上而不是栅极的过驱动电压。

第二种方便记忆，分母等于MOS管器件的跨导的倒数加上源地之间纯电阻的串联。