小信号分析的直观方法

理解和设计模拟电路要求很好地掌握小信号分析方法。小信号分析在模拟电路中用得如此频繁，以至于我们希望找到一个更快捷的方法完成电路的性能分析。在CMOS模拟电路中，存在一种非常简单的小信号分析法，我们称之为直观分析法。这个方法基于CMOS电路的电路图而不需要再画出小信号模型。它将交流变化叠加在直流变量上。此技术可以确定将输入电压转化为电流的晶体管。我们称这些管子为跨导晶体管。跨导晶体管产生的电流流经电阻至交流地。用电流乘以这个电阻就可以得到这个节点的电压。这个方法既快也可用于检查用小信号模型进行的小信号分析。

让我们用这个方法分析图5.2-5中的差分放大器。

图5.2-11重画了图5.2-5中已确定交流电压和电流的差分放大器。注意： 交流电流可以逆直流而流。这就意味着实际的电流是减小的而不是改变方向。

VDDM3M4由图5.2-11，作为差模工作，我们看到M1 和M2 的电流分别为0.5gm1νd和 0.5g2νM<05gm1Vid的电流流进 M3 和M4 组成的电流镜并在输出端拷贝输出(   0.5g  v 的电流。于是， 流向输出节点(M2和M4的漏极)的交流电流的总和是   g  v 或g=10do如果我们回忆起这种差分放大器的输出电阻是 rdx 和ro4的并联，那么由观察可以写出输出电压为：&mlvidgmlyidrou22+M1M28mlyid8m2V1422Vout22M5ν∞el=(gn1vid)(r∞∞)=(g 1gdar+gωΦ)vd(5.2-33)如果gml=gml=g∞,这个计算给出式(5.2-21)推导的小信号差模电压增益。

如果我们还记得曾经学过的几个知识点，上面描述的小信号观察分析法是非常有用的。这几个知识点是：共源共栅结构的小信号输出电阻近似等于共源晶体管的r  乘以共栅晶体管的gm /m。这个关系可以表示为：row(共源共栅) ≈ rω(共源)×8crta.(共栅) (5.2-34)除了这个关系，考察图5.2-10中的条件将十分有用。

中跨导晶体管的源极接有一个到地的电阻。在这个条件下，我们可以用式(5.2-26)表示有效跨导gm(有效)， 即：其中gn(41其中)=gn1+gnR(5.2-35)

g 式中,g 是管子的跨导, R是从源极到地的小信号电阻。对于式(5.2-26), R=2Tas, gm=gm;利用式(5.2-34)和式(5.2-35 )， 设计者将能够借助于直观分析法分析本教材后面的几乎所有电路。不过此法对于小信号频率响应的分析不适用，只可应用一些简单的结论(典型情况下，MOSFET 电路的极点等于节点到交流地的交流电阻与电容乘积的倒数)。