MOS沃尔曼电路的改进和应用

摘要：沃尔曼电路具有较大输出电阻和较小的反馈电容效应，经常在模拟电路中代替场效应管从而得到高性能的电路。首先对常规的沃尔曼电路进行了分析和介绍，然后给出了改进的沃尔曼电路。改进的沃尔曼电路和常规的沃尔曼电路相比，开始调节的阈值电压显著减小。用Mul tisim对电路进行了仿真，可以看出达到了目的。最后给出了用改进的沃尔曼电路实现的镜像电流源电路。
关键词：沃尔曼电路；MOS管；阈值电压；镜像电流源

0 引言
所谓沃尔曼电路，就是将场效应管纵向堆积起来，将下面器件的漏极与上面器件的源极连接起来，将上面器件的栅极交流接地，这样连接的场效应管看作一个器件、并以源极接地来使用的电路。
沃尔曼电路因为能够大大提高放大电路的增益，以及无需增加额外的电流消耗级就可得到高性能的镜像电流源，从而得到广泛的应用。为了减小在动态损耗，管子最好工作于临界饱和的区域，所以沃尔曼电路管子的偏置电压很重要。
随着场效应管技术的进步，大规模集成电路的特征尺寸越来越小，但是即使在低电压的情况下也会带来沟道长度调制效应和载流子的倍增效应等诸多问题，而最大直流电压增益的减小会直接影响总的放大电路的增益。用最小特征尺寸场效应管实现的沃尔曼电路可以同时实现输入／输出高隔离，高输出电阻，宽频带，高直流电压增益和良好的频率响应等特征。镜像电流源任何时候它的输出电流仅仅取决于输入电流，而与输出端的电压无关。输入电流与输出电流的比例取决于场效应管的尺寸比例。电流源电路经常用于模拟电路中，为各级放大电路提供合适的静态电流，或者作为有源负载取代高阻值的电阻，从而提高放大电路的放大能力。

1 常规的MOS沃尔曼电路
常规的MOS沃尔曼电路如图1所示，场效应管T3相当于一个放大器，其引入的负反馈稳定输出端场效应管T2偏置电压。为了达到稳定效果，必须让管子工作于合适的区域，T1管开始工作于可变电阻区，电路没有调节功能；进入饱和区后，当输出电压接近0．5 V时，T3管开始起调节作用。即使T2进入可变电阻区依然有调节作用，但是输出信号的动态范围变大。