电子电路大全(PDF格式)-第83章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
＋ ＋
i a sb s c
in （9…22）
这样我们看到传递函数是二次的。具体的说，它有两个极点（分母的根）为实根或共
轭复根，电路的阶跃响应将出现超调也可能瞬变。这个潜在问题是使用源极跟随器的弊端。
为了确定传递函数是否会出现瞬变，式（9…22）可以写成下式的形式。
N s
（ ）
= 0
A s A
（ ） （ ） 2
s s
1＋ ＋
ωQ ω2
0 0
（9…23）
ω ω
其中： 0 和Q可以通过让式（9…23）的系数等于式（9…22）的系数求出。这里，参数 0 被
称为极点频率（pole frequency），Q被称为Q因子＇Sedra，1991＇。众所周知，如果
Q 《 1/ 2 ≈0。707 ，传递函数的大小有直流最大值且不会出现尖峰（假设零点在非常高的
频率上，因此效果可以忽略）。而且，对于Q = 1/ 2 ，－3dB频率等于ω0 。当研究时间域
响应时，可求出Q因子的约束条件以保证阶跃输入没有尖峰。具体的说，要想在阶跃输入中
没有尖峰，两个极点必须为实数；这与Q ≤0。5 的要求是相同的。在Q》0。5 的情况下，输出
75
…………………………………………………………Page 524……………………………………………………………
电压的超调百分比为
…π/ 4Q2 …1
超调百分比＝ 100e （9…24）
ω
对于源极跟随器，让式（9…23）的系数等于式（9…22）的系数解得 0 和Q为
Gin （g m1 ＋Gs 1 ）
ω =
0 C C ＋C' （C ＋C ）
gs 1 s in gs 1 s
（9…25）
（ ）＇ ' （ ）＇
Gin g m1 ＋Gs 1 Cgs 1Cs ＋Cin Cgs 1 ＋Cs
Q = '
Gin Cs ＋Cin （g m1 ＋Gs 1 ）＋Cgs 1Gs 1 （9…26）
如果Q大于 0。5，极点将是共轭复根，且电路将出现超调。虽然这个Q方程非常复杂，
'
C
注意如果Cs、 in 或两者都变大（即：如果负载、输入电容或者两者都变大），Q变小，且
'
C G G
不会出现超调（虽然电流将变慢）。当 in 和 s 1 变小（当晶体管的源极与衬底相连， s 1 变
G C ≈C
小，这可以消除体效应）， in 变小且 s gs 1 时，电路将有一个大的Q（即大的瞬变）。
总之，源极跟随器（和射极跟随器）电路在特定条件下会出现大量超调和瞬变。幸运的是，
实际微电路的寄生电容和输出阻抗一般对于最坏的条件也只会出现中等的超调。
最后还要注意：传递函数的分子零点位于实轴负方向上，频率为
…g m1
ω =
z C
gs 1
（9…27）
ω
0
这个频率一般远远大于 。
例：考虑如图所示的源极跟随器，其中，所有的晶体管W/L＝100um/1。6um。假设
2 2 γ =0。5V 1/ 2
unCox=90uA/V ， upCox=30uA/V ， Ibias＝100uA， n ，
rds…n=＇8000L（um）＇/＇ID（mA）＇。这一级的增益是多少？
解：gm1 的值由下式得出
gm1＝＇2unCox（W/L）ID1＇1/2=1。06mA/V
同时
Rds1= Rds2=8000*1。6/0。1=128kΩ
体效应参数方程，即
γg m
g s 1 =
2 V ＋ 2φ
SB F
76
…………………………………………………………Page 525……………………………………………………………
V
为了计算这个参数，我们需要知道源极－主体电压 SB 。但是，这个电压要依赖应用
V ≈2V
情况，不能事先准确知道。这里我们假设使用的是 5V的电源， SB 。这在一定程度
上有些武断，但是这是在没有更多细节的情况下能使用的最好方法。因此有
0。5g m
g s 1 = =0。15g m =0。16mA / V
2 2 ＋0。7
所以有
V g 1。06
out = m1 = =0。86V / V
V g ＋g ＋g ＋g 1。06 ＋0。16 ＋1/ 128＋1/ 128
in ds 1 ds 2 m1 s 1
注意：正如前面提到的，这个结果小于 1 这么多主要是因为体效应参数 g s 。如果没有
体效应，增益应约为 0。99V/V。
假设
Rin =180kΩ CL =10pF Cgs 1 =0。2pF Cgd 1 =15fF Csb 1 =40fF Cin =30fF
， ， ， ， ，
ω
求 0 以及图 9…3 所示的源极跟随器的零点频率。
解：从上例，gm1＝1。06mA/V，Rds1= Rds2=128kΩ， g s 1 =0。16mA / V ，这样有
'
Cin =Cin ＋Cgd 1 =45fF
Gs 1 =g s 1 ＋g ds 1 ＋g ds 2 =0。176mA / V
Cs =CL ＋Csb 1 =10。04pF
ω
因此我们可以求出 0 为
Gin （g m1 ＋Gs 1 ）
ω =
0 C C ＋C' （C ＋C ）
gs 1 s in gs 1 s
7
=5。24 ×10 rad / s =2π×8。34MHz
77
…………………………………………………………Page 526……………………………………………………………
（ ）＇ ' （ ）＇
Gin g m1 ＋Gs 1 Cgs 1Cs ＋Cin Cgs 1 ＋Cs
Q = '
Gin Cs ＋Cin （g m1 ＋Gs 1 ）＋Cgs 1Gs 1
＝0。8
这导致阶跃输入的超调，表示为
…π/ 4Q2 …1
超调百分比 ＝ 100e ＝8％
用式（9…27）可以求出零点频率为 855MHz，当然它几乎可以忽略。
源极跟随器 HSPICE 频率分析
网表：
EX8。2 source follower frequency test
。option post=2 numdgt=7 tnom=27
Vdd 1 0 dc 5
Vss 2 0 dc …5
Ibias 3 2 dc 100u
Rin 4 0 180k
Cin 4 0 30f
Cl 3 0 10p
M1 1 4 3 2 nmos w=100u l=1。6u
Iin 4 0 pulse（0 …5u 10n 0 0）
。op
。tran 0。5n 300n
。print v（3）
。MODEL nmos NMOS LEVEL=3，
