全章端口参数总表:端接、有限 β 与适用极限
对应:0266–0270;0269 的完整 MOS 共栅推导见 12 组。表中的 Rout,amp 排除外加负载;含负载时还要并联该负载。
0266–0267:MOS 四种基本用法
在低频、衬底跟源极相连、忽略栅极漏电下:
| 配置 |
完整模型或前节引用 |
教材极限 |
| 共源,源极接地 |
Gm=gm, Rin=∞, Rout=ro |
同左 |
| 共源,源极接 RB |
Gm=gm/[1+(gm+go)RB] |
1/RB,须 gmRB≫1,go≪gm |
| 同上输出阻抗 |
ro+(1+gmro)RB |
gmroRB,须可省两个独立阻抗项 |
| 源极跟随器,理想偏置源 |
av=gm/(gm+go) |
1,须 gmro≫1 |
| follower,源极负载 RB |
av=gm/(gm+go+1/RB) |
1,另须 gmRB≫1 |
| follower 输出阻抗 |
1/(gm+go),有偏置电阻则再并联 |
1/gm |
电压 follower 的 ∞ 输入电阻只限 DC/低频栅极无电流模型;高频已有 09 组的电容电流。
0268:BJT 增加基极电阻与输入电流
定义 intrinsic rπ=β/gm、基极 spreading rb。
若忽略 ro,发射极负载为 RE:
Rin=rb+rπ+(β+1)RE,
Gm,ext=rb+rπ+(β+1)REβ.
RE=0 且 rb≪rπ 时 Gm,ext≃gm。
深度负反馈时 Gm,ext≃1/RE 还要求 β≫1。
对输入置零的输出阻抗,令基极到外部 AC 地的电阻为 Rb(可含信号源电阻及 rb),且
R∗=RE∥(rπ+Rb),g∗=gmrπ+Rbrπ.
由发射极 KCL ve=itR∗ 和集电极电流式可得
Rout,amp=ro+(1+g∗ro)R∗.
所以教材 gmroRE 还隐含 RE≪rπ+Rb、Rb≪rπ。如果发射极偏置源理想,RE→∞,输出阻抗饱和至约 βro,不会像 MOS 那样无界增加。
Follower 的精确低频输出阻抗(忽略 ro)为
Rout=β+1RS+rb+rπ,
可按 08 组再化成 1/gm+(RS+rb)/β。
看入基极的负载应包含发射极的 ro 或偏置源阻抗,再乘 β+1;这解释 0268 表中的 βro 项。
0270:BJT 共基级
基极接 AC 地,先取 rb=0。源极名称改为发射极。其节点方程:
(GB+gπ+gm+go)ve−govo=iin,
−(gm+go)ve+(GL+go)vo=0.
因此 12 组的 MOS 式可用
RB∗=RB∥rπ
取代 RB,得到
AR=RL+ro+(1+gmro)RB∗(1+gmro)RB∗RL,
Rin=RL+ro+(1+gmro)RB∗RB∗(RL+ro).
有限 rb 时则用 RB∗=RB∥(rπ+rb),并把 gm 换成
gmrπ/(rπ+rb)。这是由基极支路分压取得,不是直接把 β 塞进公式。
三个重要极限
- RL 小、RB∗ 足够大:Rin≃1/gm,AR≃RL,误差包含 1/β。
- RL→∞、有限 RB:Rin→RB∗,AR→(1+gmro)RB∗。
- RB,RL→∞,但有限电流增益 β:Rin→rπ,AR→(1+gmro)rπ≃βro。与 MOS 的无有限静态解不同,BJT 有基极电流路径。原表「—」不可解读成跨阻为 0。
方法与核对
不用 SFG:这是前面模型的端接极限总结。每次求 Rout 都先把独立电压输入短路、独立电流输入开路,并保留其内阻。用这套定义才能一致阅读 0267–0270 的表格。
来源对照
| 幻灯片 |
PDF 页 |
书本页 |
讲解所在 PDF 页 |
| 0266 |
83 |
84 |
83 |
| 0267 |
84 |
85 |
84 |
| 0268 |
84 |
85 |
84 |
| 0270 |
85 |
86 |
85 |
Spectre 仿真结果
本推导组的代表模型已完成 Spectre 验证;覆盖范围以所列网表为准,未逐一搭建所有幻灯片电路。
线性 AC 2 · MOS 电路 0 · 极零 0 · 瞬态 0:所列检查全部通过。
案例:bjt_degen_gain、bjt_degen_zout
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