3.1 共源放大器 Common-Source Stage

单晶体管放大器，其 Source 连接到 AC ground 即为共源放大器。

当前章节主要关心：

1. DC Swing（直流电压工作点）
2. Small-Signal Gain
3. Input/Output Resistance

Load 可以放电阻，不能放电容，能放电感但是就 keep $V_{\text{DD}}$ 了。

3.1.1 大信号分析

Cut off 区和 triode 区放大能力都不好，最好是饱和区。

输入范围：$(V_{\text{TH}},V_{in1})$，输出范围：$(V_{\text{DS}}=V_{\text{GS}}-V_{\text{TH}},V_{\text{DD}})$

3.1.2 小信号增益

这里说的 $V_{in}$ 对 $A_v$ 的影响，其实更多考虑的是 $V_{\text{B}}$ 的部分，因为小信号很小。

用小信号模型分析小信号就很容易。
如果晶体管多了就难了，但是如果电路是线性的，用小信号模型进行计算机计算就很容易。

由于 $R_D$ 在几百 $\mathrm{\Omega }$ 到几千 $\mathrm{\Omega }$ 之间，而 $r_o$ 在几十 $k\mathrm{\Omega }$ 到几百 $k\mathrm{\Omega }$ 之间，所以 $R_D\parallel r_o$ 可以取为 $R_D$。
晶体管是朝着作为电流源去的，所以输出电阻要无穷大。

DANGER

这跟前面讲的不一样啊，电压输出电流输出型的应该输出电阻无穷大，输出电阻要无穷小啊？ 根据后面的讲解，这里的 $r_o$ 不是真正意义上的输出电阻。

本征增益用电阻负载是不可能实现无穷大的，因为 $V_{\text{out}}=V_{\text{DD}}-i_d\cdot R_D$，所以若 $R_D$ 无穷大，则 $V_{\text{out}}=0$。

跨导在线性区时，随着 $V_{in}$ 的增加，$V_{\text{DS}}$ 会越来越小。也就是说在线性区，晶体管对电流的控制能力下降。

有趣的例题。

3.1.3 输入输出电阻

测试的时候，就是给电压源，测电流。
测输入的时候不用短路输出，但是测输出的时候要短路输入（如何短路输入？）。

3.1.4 Triode Range

在 Triode Range 就变成了压控电阻。

3.1.5 如何计算 $V_{in1}$

所以 $V_{in1}$ 并非一个绝对的点，是相对 $R_D$ 变化的。

电阻流过的电流和晶体管内流过的电流和 $V_{out}$ 有各自的函数关系，但通路只有一条，所以 $I_D$ 一定等于 $I_R$ 。
摆幅小指的是由于 $V_{in1}$ 下降导致的 $V_{out}$ 整体的下降。
下图中 $R_2>R>R_1$。

3.1.6 CS Stage with diode-connected load

把 GS 端接在一起，MOS 就变成了一个二极管。

分析三部曲：讨论大信号，讨论增益，讨论输入输出电阻。
M2 会自适应的调节 $V_S$ 来适应 M1 产生的电流。

$V_{\text{TH2}}$ 有衬偏效应，所以是 almost。

1. 考虑 $I_1$ 是一个电流源，从有值切换到无值，$V_{out}$ 会上升，并且当 $V_{out}=V_{\text{DD}}-V_{\text{TH2}}$ 时，$I_1$ 为 0，但是由于寄生电容 $C_P$ 的存在，当电流切为 0 时，$V_{out}$ 是缓慢上升的。
2. 然后由于亚阈值电流的存在，所以最终 $V_{out}$ 会上升为 $V_{\text{DD}}$。

在本书学习中，不考虑最终亚阈值电流的问题，认为 $V_{out}$ 最大值为 $V_{\text{DD}}-V_{\text{TH2}}$。