模擬電路基礎之運放的增益計算（二）diode

2016/4/12 update:

gds: to evaluate the influence of VDS on Ids current.

recommended materials:

my favorite biasing structure:

ANALYSIS AND DESIGN OF ANALOG INTEGRATED CIRCUITS, Fifth Edition, PAUL R. GRAY, University of California, Berkeley, PAUL J. HURST, University of California, Davis, STEPHEN H. LEWIS, University of California, Davis, ROBERT G. MEYER, University of California, Berkeley, 2009: P271

ANALYSIS AND DESIGN OF ANALOG INTEGRATED CIRCUITS, Fifth Edition, PAUL R. GRAY, University of California, Berkeley, PAUL J. HURST, University of California, Davis, STEPHEN H. LEWIS, University of California, Davis, ROBERT G. MEYER, University of California, Berkeley, 2009: P302-303

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作者君覺得上一篇講增益的文章講得有些著急，好多東西沒有講就跳到cascode了，不該太心急。所以這一篇我還是想從基本的東西講起。既然是最基本的，那我就來講講diode吧！

首先，我們來看看一個diode為什麼可以被看成是一個resistor。

咦？看起來似乎沒有什麼共通之處嘛！

好吧，我們換個角度再看看？

是不是覺得有些相似了？

其實一個電阻也是可以被看做是一個受控電流源的，它的gm是1/R.

同理，本徵電阻ro也是可以被看做是一個受控電流源，它的gm是gds。這個gds可以從DC模擬很容易的拿到。當你從cadence的ADE界面，result下面的print功能里，有個叫DC operation points，你就能從中找到gds。Ro就是gds的倒數。

然後，你就能很容易的發現，gds是個遠小於gm的數字。比如一般gm可能有10u，那麼gds可能只有80n。

作者君是個又懶又笨的傢伙，什麼電阻並聯等於電阻的倒數之和再倒數……暈暈……算不來！

那好吧，怎麼才能更加直接的看出來呢？

電流是可以直接相加的！

因為gm乘以電壓就是電流嘛，幾條電流支路的總和就等於所有電流加在一起嘛！加法？這個看起來容易很多，嗯，我喜歡。

再簡化再簡化！

所以我們可憐的diode就被作者君簡化成這樣了：

怎麼樣？是不是看起來一樣了？

因為前面提到了，gm比gds大了好幾個數量級。既然是加法，那麼肯定是誰比較大誰就厲害嘛！

所以最終無敵版的簡化就變成了：

怎麼樣？是不是一個diode跟一個電阻就是一樣的？

所以嘛，這也就是相當於作者君上一篇文章裡面的那個人形mosfet，你把它的手跟背綁在一起了。外界對它作用多大的力，它也就只能打出多大的力量的掌。沒有了主觀能動性的mosfet，就不是一個真正意義上的active device有源器件了。對應外界的左右，它只能逆來順受……

看過了基礎版的diode。我們來看看加強版的diode：

還記得作者君的第一篇文章里這個電路吧？

為什麼它也是個diode呢？

唉，又要畫小信號模型了……作者君這個懶人真的很不甘心啊！

以前不管什麼電路，一看到它們，作者君的第一反應就是動手開始畫小信號模型。然後稀里嘩啦的一頓推導，成功（當然也經常不成功……）的得到了電路的傳輸函數，然後便自信心爆棚……

現在想想，真的有必要畫嗎？什麼電路都畫小信號模型，等於你根本沒有了解模擬電路的基本知識！！！

作者君之前有說過，我們的目標是：一眼看出增益，一眼看出零極點！

你花了半天功夫畫小信號模型得到的結果，跟別人花了幾秒鐘時間得到的結果差不多，你會不會覺得很虧？

好了，不閑扯了，我們還是不偷懶，老老實實的再畫一次小信號模型好了。記住，我們的目標是：盡量不用再畫小信號模型！

大家發現沒有，如果把下面的gm1遠大於gds1考慮進去，那麼不管上面的電路是怎樣的，流到gnd的電流都等於gm1*Vgs1.因為Vgs1等於Vout，所以流到gnd的電流永遠都是gm1*Vout。

也就是說，可以這樣看：

任你裡面是什麼奇奇怪怪的東西，只要流入gnd的電流是gm*Vout，從上往下看的等效電阻永遠都等於1/gm。

不信？那你去畫這個電路的小信號模型吧？

ANALYSIS AND DESIGN OF ANALOG INTEGRATED CIRCUITS, Fifth Edition, PAUL R. GRAY, University of California, Berkeley, PAUL J. HURST, University of California, Davis, STEPHEN H. LEWIS, University of California, Davis, ROBERT G. MEYER, University of California, Berkeley, 2009: P334

還是不信？

要不試試這個：

算了，我就不再多舉例了。反正不管你信不信，diode的結構裡面，流到gnd的電流就是老大，它是多少就決定了等效電阻是多少。

從千頭萬緒中抓住最重要的一點，往往能夠起到四兩撥千斤的效果啊！

哈哈哈！（模仿風清揚的笑聲遁去……）

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