折叠式共源共栅放大器原理

折叠式共源共栅放大器是一种电路结构，用于提高放大器的增益和输出阻抗，同时增大输入输出摆幅。它由共源级和共栅级级联组成。与单级共源放大器相比，折叠式共源共栅放大器的增益可以增大约gmro倍，输出阻抗也会增大。此外，折叠式共源共栅放大器还可以用作单位增益缓冲器，并且可以作为多级运算放大器的输入级。

折叠式共源共栅放大器的原理是通过在共源共栅结构中引入折叠管，将共源管和差分输入的MOS管并联，从而减少从输入端看到的等效阻抗，导致增益减小。但是，折叠式结构增加了输入输出摆幅，使其在实际应用中更为灵活。

相关问题

折叠式共源共栅放大器设计实例

折叠式共源共栅放大器是一种常用的放大电路，适用于高频信号放大。下面是一个折叠式共源共栅放大器的设计实例：

1. 确定工作频率和放大倍数

首先需要确定要放大的信号的工作频率和所需的放大倍数。例如，假设要放大的信号频率为1 GHz，放大倍数为20倍。

2. 选择晶体管

选择适合工作频率的晶体管，并且具有足够的增益。例如，可以选择工作频率为1 GHz的GaAs MESFET晶体管，具有增益为10 dB。

3. 设计电路

根据折叠式共源共栅放大器的电路原理，设计电路图。如下图所示：


其中，C1和C2是输入和输出的耦合电容，R1是源极负载电阻，R2和R3是栅极电阻，L1和L2是栅极和源极的匹配电感，C3是反馈电容。

4. 计算元件参数

根据电路图，计算元件的参数。例如，可以选择输入和输出的耦合电容为0.5 pF，源极负载电阻为50 Ω，栅极电阻为100 Ω，匹配电感为1 nH，反馈电容为0.5 pF。

5. 仿真和优化

使用电磁仿真软件对电路进行仿真，并根据仿真结果对元件参数进行优化，以达到最佳的放大效果。

6. PCB设计和制造

根据优化后的电路图设计PCB，并进行制造。

7. 测试和调试

将PCB连接到测试设备上，进行测试和调试，以确保电路正常工作，并且达到所需的放大倍数和频率响应。

折叠式共栅共源运算放大器

### 折叠式共源共栅运算放大器设计与实现

#### 设计背景
为了克服传统套筒式结构对于输入电压范围的限制，折叠式运算放大器被提出并广泛应用。这种类型的运放不仅能够扩展输入动态范围，还能有效提升增益、降低噪声以及改善带宽数字特性[^1]。

#### 基本概念
共源共栅晶体管作为构建模块，在放大器内部起到了至关重要的作用。其工作原理基于两个串联连接的场效应晶体管（FET），其中一个用于信号处理而另一个则负责电流镜像功能。这样的配置使得整个器件具有更高的跨导(gm)，从而增强了线性度和稳定性[^2]。

#### 架构特点
相比于单级或简单的多级拓扑结构而言，折叠式的独特之处在于它巧妙地运用了多个阶段间的相互协作来达成更优的整体表现：

- **高增益**：通过增加额外的差分对来形成正反馈路径；
- **低噪声**：精心挑选合适的元件组合以减少热噪声和其他干扰因素的影响；
- **宽带响应**：合理布局补偿网络确保频率范围内稳定运行；

此外，该架构还特别适合于低压环境下的高性能模拟集成电路应用场合[^3]。

#### 关键技术要点
当着手进行具体的设计时，以下几个方面值得重点关注：

##### 输入级的选择
考虑到不同应用场景的需求差异较大，因此需要权衡诸如功耗、速度等因素之后再决定采用何种类型的输入对(MOS还是BJT)[^4]。

##### 自适应偏置方案
针对M3M4组成的自偏置部分，这有助于维持稳定的静态操作点不受温度变化影响的同时简化外围供电线路设计。

##### 参数优化技巧
在确定各个组件的具体数值之前，应当充分考虑目标性能指标(比如单位增益带宽UGB>10MHz)的要求，并借助仿真工具反复调整直至满意为止。特别是对于gm/id比例关系的研究显得尤为重要，因为它直接影响到最终成品的质量好坏。

% MATLAB代码示例：简单模型化一个折叠式共源共栅运放的小信号交流响应
clc;
clear all;

f = logspace(-1,9); % 频率向量 (Hz)
A_OL = @(w)(1./(1i*w*1e-12)); % 开环传递函数近似表达式
plot(f,abs(A_OL(2*pi*f)));
xlabel('Frequency [Hz]');
ylabel('|A_{OL}|');
title('Open Loop Gain of Folded Cascode Op-Amp');
grid on;