MOS沃爾曼電路的改進(jìn)和應(yīng)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(yīng)，經(jīng)常在模擬電路中代替場(chǎng)效應(yīng)管從而得到高性能的電路。首先對(duì)常規(guī)的沃爾曼電路進(jìn)行了分析和介紹，然后給出了改進(jìn)的沃爾曼電路。改進(jìn)的沃爾曼電路和常規(guī)的沃爾曼電路相比，開(kāi)始調(diào)節(jié)的閾值電壓顯著減小。用Mul tisim對(duì)電路進(jìn)行了仿真，可以看出達(dá)到了目的。最后給出了用改進(jìn)的沃爾曼電路實(shí)現(xiàn)的鏡像電流源電路。
關(guān)鍵詞：沃爾曼電路；MOS管；閾值電壓；鏡像電流源

0 引言
所謂沃爾曼電路，就是將場(chǎng)效應(yīng)管縱向堆積起來(lái)，將下面器件的漏極與上面器件的源極連接起來(lái)，將上面器件的柵極交流接地，這樣連接的場(chǎng)效應(yīng)管看作一個(gè)器件、并以源極接地來(lái)使用的電路。
沃爾曼電路因?yàn)槟軌虼蟠筇岣叻糯箅娐返脑鲆妫约盁o(wú)需增加額外的電流消耗級(jí)就可得到高性能的鏡像電流源，從而得到廣泛的應(yīng)用。為了減小在動(dòng)態(tài)損耗，管子最好工作于臨界飽和的區(qū)域，所以沃爾曼電路管子的偏置電壓很重要。
隨著場(chǎng)效應(yīng)管技術(shù)的進(jìn)步，大規(guī)模集成電路的特征尺寸越來(lái)越小，但是即使在低電壓的情況下也會(huì)帶來(lái)溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)和載流子的倍增效應(yīng)等諸多問(wèn)題，而最大直流電壓增益的減小會(huì)直接影響總的放大電路的增益。用最小特征尺寸場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)的沃爾曼電路可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)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(yīng)等特征。鏡像電流源任何時(shí)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(wú)關(guān)。輸入電流與輸出電流的比例取決于場(chǎng)效應(yīng)管的尺寸比例。電流源電路經(jīng)常用于模擬電路中，為各級(jí)放大電路提供合適的靜態(tài)電流，或者作為有源負(fù)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(guī)的MOS沃爾曼電路
常規(guī)的MOS沃爾曼電路如圖1所示，場(chǎng)效應(yīng)管T3相當(dāng)于一個(gè)放大器，其引入的負(fù)反饋穩(wěn)定輸出端場(chǎng)效應(yīng)管T2偏置電壓。為了達(dá)到穩(wěn)定效果，必須讓管子工作于合適的區(qū)域，T1管開(kāi)始工作于可變電阻區(qū)，電路沒(méi)有調(diào)節(jié)功能；進(jìn)入飽和區(qū)后，當(dāng)輸出電壓接近0．5 V時(shí)，T3管開(kāi)始起調(diào)節(jié)作用。即使T2進(jìn)入可變電阻區(qū)依然有調(diào)節(jié)作用，但是輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍變大。