第4回
カレントミラーと能動負荷
アナログ回路入門シリーズ第4回です。設計課題で、RDを大きくしたら増幅しなくなった……その理由と解決策を見ていきます。
直流では電流が決まっていて、小信号では抵抗が大きい負荷=電流源をMOSFETで作ります。ダイオード接続とカレントミラー、roによる誤差と飽和の条件、PMOSを経て、PMOSのカレントミラーを負荷にした能動負荷のソース接地増幅回路を組み立て、回路図の変形から Av = −gm1(ro1∥ro2) を導きます。
1導入:RDを大きくしたら増幅しない?
ずんだもん
設計課題がピンチなのだ!利得を上げようとRDを大きくしたら、全然増幅しないのだ。


ずんだもん
よろしくなのだ!締め切りまでに直すのだ!

2振り返り:RDを大きくすると

ずんだもん
ボクもRDを大きくすれば、利得も大きくなると思ったのだ。

ずんだもん
電源は1.8 Vしかないのだ!足りないのだ!


3電流源を負荷にしたい
ずんだもん質問
それって、電流源なのだ?


ずんだもん質問
でも、そんな電流源はどうやって作るのだ?
4ダイオード接続で電流源を作る

ずんだもん質問
でも、欲しい電流になるVGSは、どうやって決めるのだ?

ずんだもん質問
ゲートとドレインをつないでも、飽和領域なのだ?

5カレントミラー



6roによる誤差と飽和の条件
ずんだもん質問
じゃあ、右側にどんな回路をつないでも、電流はぴったり同じなのだ?




7PMOSをくわしく
ずんだもん質問
このミラーを、RDのところに入れれば完成なのだ?





ずんだもん質問
大きさも、NMOSとまったく同じなのだ?


8能動負荷のソース接地増幅回路



ずんだもん
2本の曲線の交点が、動作点なのだ!

9小信号回路図への変形と Av


ずんだもん質問
Irefを開放したら、M2のゲートは浮いてしまわないのだ?

ずんだもん
電流源の負荷は、小信号ではro2という抵抗に見えるのだ!



10固有利得との関係と数値例
ずんだもん質問
理想電流源のときのgm·roと比べると、どうなのだ?



ずんだもん
グラフの傾きとも合うのだ。第3回の約−4の、約9倍なのだ!


11動作点の決め方


12まとめ

ずんだもん
能動負荷のソース接地増幅回路は、Av=−gm1(ro1∥ro2)なのだ!

ずんだもん
能動負荷で利得を上げられたのだ。飽和の条件も書いて、課題を提出するのだ!
ずんだもん
最後まで読んでくれてありがとうなのだ!