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5。1 共源共栅放大器原理及分析
与反相放大器相比，共源共栅放大器有两
个显著的优点：首先，它提供更高的输出阻抗，
类似于共源共栅电流漏和共源共栅电流镜。其
次，它减小了放大器输入端的米勒电容效应，
这一点在设计运算放大器的频率性能时是很重
要的。图 5…1 示出由晶体管M1、M2 和M3 构成的
简单共源共栅放大器。除M2 之外，共源共栅放
大器与电流源CMOS反相器一样。M2 的主要功能
是使M1 漏极的小信号阻抗变小。从M2 的漏极看
图 5…1 简单共源共栅放大器 r g r
进去的小信号电阻近似为 ds 1 m 2 ds 2 ，比从M3
r
的漏极看进去的小信号阻抗 ds 3 大的多。共源共栅放大器的小信号增益大约是共源反相器
R
的两倍，因为 OUT 为原来的两倍。
（1） 共源共栅的小信号特性
图 5…2（a）忽略 M2 体效应后的共源共栅放大器的小信号模型
图 5…2 （b）共源共栅放大器的简化等效模型
图 5…1 所示的简单共源共栅放大器的小信号性能可以用图 5…2（a）的小信号模型来分
析，此模型简化后如图 5…2（b）所示。为简化起见，我们忽略了M2 的体效应。这里的简化采
用了电流源拆分和置换原理。采用节点分析为：
（g ＋g ＋g ）v …g v =…g v
ds 1 ds 2 m 2 1 ds 2 OUT m1 in
（5…1）
37
…………………………………………………………Page 486……………………………………………………………
…（g ＋g ）v ＋（g ＋g ）v =0
ds 2 m 2 1 ds 2 ds3 OUT （5…2）
v / v
求解得出 out in 为：
v …g （g ＋g ） …g ' 1
2K W
out = m1 ds 2 m 2 m1 =…（ 1 ）2
v g g ＋g g ＋g g ＋g g g L I λ2
in ds1 dds 2 ds1 ds 3 ds 2 ds 3 ds 2 m 2 ds 3 1 D 3
（5…3）
r
我们可以用图 5…1 所示共源共栅电流漏（M1 和M2）的小信号输出阻抗与 ds 3 并联来求
输出电阻。因此，共源共栅放大器的小信号输出电阻为：
r =＇r ＋r ＋g r r ＇ &r r
out ds 1 ds 2 m 2 ds 1 ds 2 ds 3 ds 3 （5…4）
我们将看到如何利用共源共栅放大器在满足增益的条件下增加电势的优点。
我们进一步主要到小信号增益对偏置电流同样有依赖性。由式（5…1）和式（5…2）得出：
v1 …gm1（gds 2 ＋gm 2 ）
=
vin gds1gdds 2 ＋gds1gds 3 ＋gds 2 gds 3 ＋gds 2 gm 2
gds2 ＋gds3 …gm1 …2gm1 WL 1
≈（ ）（ ） =…2（ 1 2 ）2
gds gm gm LW
3 2 3 1 2
（5…5）
g =g v / v
可以看出，如果M1 和M2 的宽长比相同且 ds 2 ds3 ，那么， 1 in 近似为…2。
增益为…2 的原因不明显，通常我们希望从M2 的源极看进去的电阻是1/gm 2 。然而，这
R
里显然不是这种情况。让我们进一步观察图 5…1 中电阻 s 2 ，这是一个从M2 的源极点进去
的电阻。此计算的小信号模型如图 5…3 所示，图中忽略了体效应（gmbs 2 =0 ）。
R
为了求解图 5…3 中所示的 s 2 值，我们首先写出了一个电压环路是：
v =（i …g v ）r ＋i r =i （r ＋r ） …g r v
s 2 1 m 2 s 2 ds 2 1 ds3 1 ds 2 ds3 m2 ds 2 s 2 （5…6）
v i
为求 s 2 1
与 的比值，解这个等式得到：
v r ＋ r
s 2 d s 2 d s 3
R = =
s 2
i1 1 ＋ g m 2 rds 2 （5…7）
38
…………………………………………………………Page 487……………………………………………………………
r ≈r R
我们看到如果 ds 2 ds3 ， s 2 正好
等于 2 / gm 2 。于是，如果gm1 ≈gm 2 ，
则从图 5…1 中所示共源共栅放大器的输
出到M1 的漏极或M2 的源极的电压增益
近似为…2。我们注意到一个重要的规则，
R 从MOSFET的源极看进去的小信号电阻与
图 5…3 用于计算 s 2 的小信号模型
管子漏极到交流地的电阻有关。
让我们进一步用观察法来说明图 5…1 共源共栅放大器的小信号电流流进M1 的漏极。在
v g v
这个电路中，输入信号 in 作用到M1 的栅…源极，这引起 m1 in 的小信号电流流进M1 的漏极，
r g r
这个电流流过M2 在输出端得到电压，该点是M2 和M3 的漏极连接点，其电阻是 ds 1 m 2 ds 2 和
r r g r r R ≈r
ds 3 的并联。因为 ds 1 m 2 ds 2 大于 ds