小信号分析方法总结——拉扎维教授视角

简介：
本文档综述了拉扎维教授关于电子电路中小信号分析的方法论，提供深入见解和实用技巧，适用于科研人员与工程师参考学习。 ### 拉扎维——小信号分析方法总结 #### 前言 本段落将详细介绍小信号分析方法在三种基本放大器结构（共源、共漏、共栅）以及源极退化共源放大器中的应用。小信号分析是一种常用的技术手段，用于分析线性电路在小幅度信号输入下的行为特性。通过这种方法，可以方便地计算出诸如增益、输入阻抗、输出阻抗等关键参数，从而帮助设计者更好地理解和优化电路性能。 #### 共源放大器（CS） **大信号行为：** - 输入端为`x`，输出端为`y`。 - 在大信号状态下，考虑的是直流工作点和器件的非线性行为。 **小信号图示：** - 输入电压`vin`通过晶体管的栅极端耦合到电路中。 - 输出电压`vout`通过负载电阻`RL`取出。 - 小信号模型中引入了晶体管的跨导`gm`(定义为iD对vGS的变化率)和输出导纳gds(定义为iD对vDS的变化率)。当vb=0时，输出电压vout与输入电压vin之间的关系主要由gm和gds决定。 - **小信号增益**：Av = -gm * RL / (1 + gm * RL * gds) - **输入阻抗**：Zin = ∞（理想情况下，MOSFET的栅极对地呈现高阻态） - **输出阻抗**：不包括RL时为gds；包括RL时为1/(gds + 1/RL) #### 共漏放大器（CD） **大信号行为：** - 输入端为`x`，输出端为`y`。 - 共漏放大器通常用作电压跟随器，其特点是输入和输出电压几乎相等。 **小信号图示：** - 输入电压vin通过晶体管的源极端耦合到电路中。 - 输出电压vout通过负载电阻RL取出。 - 小信号模型中引入了晶体管的输出导纳gds和反向传输导纳gmb(定义为iD对vBS的变化率)。当vb=0时，输出电压vout与输入电压vin之间的关系主要由gds和gmb决定。 - **小信号增益**：Av ≈ 1（作为电压跟随器，增益接近于1） - **输入阻抗**：Zin = ∞ - **输出阻抗**：不包括RL时为gds；包括RL时为1/(gds + RL) #### 共栅放大器（CG） **大信号行为：** - 输入端为`x`，输出端为`y`。 - 共栅放大器具有较高的输入阻抗和较高的输出阻抗。 **小信号图示：** - 输入电压vin通过晶体管的源极端耦合到电路中。 - 输出电压vout通过负载电阻RL取出。 - 小信号模型中引入了晶体管的跨导gm和输出导纳gds。当vb=0时，输出电压vout与输入电压vin之间的关系主要由gm和gds决定。 - **小信号增益**：Av = -gm * RL / (1 + gds) - **输入阻抗**：Zin = ∞ - **输出阻抗**：不包括RL时为gds；包括RL时为1/(gds + 1/RL) #### 源极退化共源放大器 **大信号行为：** - 输入端为`x`，输出端为`y`。 - 在大信号状态下，考虑的是直流工作点和器件的非线性行为。 **小信号图示：** - 输入电压vin通过晶体管的栅极端耦合到电路中。 - 输出电压vout通过负载电阻RL取出。 - 小信号模型中引入了晶体管的跨导gm、输出导纳gds以及源极电阻Rs。当vb=0时，输出电压vout与输入电压vin之间的关系主要由gm、gds和Rs决定。 - **小信号增益**：Av = -gm * RL / (1 + gds + gm * Rs) - **输入阻抗**：Zin = 1/gm + Rs - **输出阻抗**：不包括RL时为gds；包括RL时为1/(gds + RL) #### 结论 通过对这些基本放大器结构的小信号分析，我们可以更深入地理解它们的工作原理，并能够准确地预测在特定条件下电路的行为。这些分析对于设计高性能放大器至关重要。此外，根据不同的应用场景选择合适的小信号模型参数，能够帮助我们优化电路设计并提高系统的整体性能。