模拟电路设计中的小信号（AC）和大信号（DC）分析

模拟电路设计中的小信号（AC）和大信号（DC）分析

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/weixin_43277020/article/details/144199807

在模拟电路设计中，理解小信号（AC）和大信号（DC）的概念至关重要。本文将从符号表示、分析步骤以及具体实例三个方面，深入探讨这一主题。

小信号和大信号的符号表示

• 小写字符大写角标：表示直流信号和交流信号
• 全为大写：表示直流信号（大信号）
• 全为小写：表示交流信号
• gm是小信号的概念

在进行小信号分析时，需要注意以下几点：

• Voltage source 短路
• Current source 开路

分析步骤如下：

1. 利用平方律公式计算DC偏置点
2. 利用第一步得到的DC工作点计算小信号AC参数，小信号AC参数是直流工作点的函数
3. 用小信号模型替代MOSFET，此时DC源需要删除（Voltage source 短路，Current source 开路）

举例说明DC和AC电压与电流

假设我们有一个MOS管电路，其中电流和宽长比已经确定。

DC分析

M1和M2的gates都是0.25V。由于M1和M2的S端连接在一起，因此有：
$$V_{GS1} = V_{GS2}, I_{D1} = I_{D2}$$

实际的gate-source电压可以按照以下公式计算（KPn = 120，KPp = 40）：

M1和M2的gate-source电压为：

M3的gate-source电压：

M3在饱和区：

对于M4来说，很容易处于triode区域。对于PMOS来说，处于饱和区的条件是：

M4的gate接GND，因此VD需要小于VTHP=0.9V才能位于饱和区（saturation），根据VSG电压和ID求出VSD电压：

可以得出M4的VSD=8.13mV，M4和M2的drains是4.992V接近VDD，M2很明显工作在饱和区， M4可被等效为电阻，阻值为：

，也可以直接用VSD/ID求出阻值大小。

AC分析

首先计算跨导gm，

将M4看做一个阻值为407欧姆的电阻，其中M3可以用一个1/gm3的电阻来代替，这是因为M3的AC电压有v s g = v s d v_{sg} = v_{sd}vsg =vsd ，AC电流有:

1 g m = v s g i d = v s d i d \frac{1}{g_m} = \frac{v_{sg}}{i_{d}} =\frac{v_{sd}}{i_{d}}gm 1 =id vsg =id vsd

注意：在AC分析中出现负值说明总体的AC+DC在下降

因此有以下结论：

交流电流/电压压为：