MOS沃爾曼電路的改進和應用

摘 要： 沃爾曼電路具有較大輸出電阻和較小的反饋電容效應，經常在模擬電路中代替場效應管從而得到高性能的電路。首先對常規的沃爾曼電路進行了分析和介紹，然后給出了改進的沃爾曼電路。改進的沃爾曼電路和常規的沃爾曼電路相比，開始調節的閾值電壓顯著減小。用Multisim對電路進行了仿真，可以看出達到了目的。最后給出了用改進的沃爾曼電路實現的鏡像電流源電路。

關鍵詞： 沃爾曼電路； MOS管； 閾值電壓； 鏡像電流源

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）10?0125?03

0 引 言

所謂沃爾曼電路，就是將場效應管縱向堆積起來，將下面器件的漏極與上面器件的源極連接起來，將上面器件的柵極交流接地，這樣連接的場效應管看作一個器件、并以源極接地來使用的電路[1]。

沃爾曼電路因為能夠大大提高放大電路的增益，以及無需增加額外的電流消耗級就可得到高性能的鏡像電流源，從而得到廣泛的應用。為了減小在動態損耗，管子最好工作于臨界飽和的區域，所以沃爾曼電路管子的偏置電壓很重要。

隨著場效應管技術的進步，大規模集成電路的特征尺寸越來越小，但是即使在低電壓的情況下也會帶來溝道長度調制效應和載流子的倍增效應等諸多問題，而最大直流電壓增益的減小會直接影響總的放大電路的增益。用最小特征尺寸場效應管實現的沃爾曼電路可以同時實現輸入/輸出高隔離，高輸出電阻，寬頻帶，高直流電壓增益和良好的頻率響應等特征。鏡像電流源任何時候它的輸出電流僅僅取決于輸入電流，而與輸出端的電壓無關。輸入電流與輸出電流的比例取決于場效應管的尺寸比例[2?3]。電流源電路經常用于模擬電路中，為各級放大電路提供合適的靜態電流，或者作為有源負載取代高阻值的電阻，從而提高放大電路的放大能力。

1 常規的MOS沃爾曼電路

常規的MOS沃爾曼電路如圖1所示，場效應管T3相當于一個放大器，其引入的負反饋穩定輸出端場效應管T2偏置電壓。為了達到穩定效果，必須讓管子工作于合適的區域，T1管開始工作于可變電阻區，電路沒有調節功能；進入飽和區后，當輸出電壓接近0.5 V時，T3管開始起調節作用[4]。即使T2進入可變電阻區依然有調節作用，但是輸出信號的動態范圍變大。

2 改進的MOS沃爾曼電路

2.1 電路設計

可以看出，所設計的沃爾曼電路達到了減小調節閾值電壓的目的。常規沃爾曼電路開始調節的門檻電壓接近0.5 V，而改進的沃爾曼電路幾乎從一開始就開始調節，調節電壓接近0 V。

3 用改進的MOS沃爾曼電路設計的鏡像電流源

電流源的電路特點是輸出電流穩定，輸出交流電阻大。電流源電路經常用于模擬電路中，為各級放大電路提供合適的靜態電流，或者作為有源負載取代高阻值的電阻，從而提高放大電路的放大能力[6?7]。

用改進的沃爾曼電路設計的鏡像電流源如圖4所示。

當輸入電壓為0～5 V變化時輸出電流與輸入電流的關系如圖5所示，可以看得出該電路是一個性能良好的電流源。該電路無論是正電源還是負電源情況下性能都很良好。

4 結 語

從仿真結果可以看出，動態范圍不變的情況下，改進的沃爾曼電路開始調節的閾值電壓減小了。用改進的沃爾曼電路設計的鏡像電流源當是一個性能良好的電流源。改進的沃爾曼電路可以用來實現鏡像電流源電路和電壓放大電路從而獲得較好的性能。

參考文獻

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