书接上回，讲完了源极跟随器后，接下来就是最后的共栅级放大电路以及cascade电路（折叠共源共栅电路）。我发现我的节奏有一点拖沓了，所以今天这篇博客就将单级放大器彻底的完结吧。话不多说，我们进入正题。

        共栅级放大电路是指在源端输入，漏端输出的电路拓扑。同时栅极接直流信号以建立合适的偏置条件。共栅级的输入方式主要有两种：(1)直接耦合的共栅级；(2)电容耦合的共栅级。如图4.1所示。

 图4.1 共栅级放大电路   (a)直接耦合   (b)电容耦合

        老规矩，我们先来通过分析输入输出特性曲线以及电路工作状态。当Vin>Vb-VTH时，M1 off，Vout=VDD；当Vin逐渐减小，M1开始导通，导通后M1即工作在饱和区；随着Vin继续减小，当Vout=Vb-VTH时，M1进入线性区。其输入输出特性曲线如图4.2所示。

图4.2 共栅级放大电路的输入输出电压特性曲线

        我们再来关注一下M1位于饱和区时的增益表达式。这里先进行大信号分析，由饱和区的漏极电流公式以及增益的定义可得增益表达式如下：

         注意，这里是没有考虑体效应以及沟道长度调制效应的结果，我们在下面小信号的分析再考虑进来。如图4.3所示为共栅级电路的小信号模型：

图4.3 共栅级放大电路的小信号模型

        得到这个复杂的表达式后，有的同学表示一脸的懵逼。别急，我们来慢慢拆分。用大信号分析得到的表达式是不是很眼熟？没错，就是共源极的增益。如果共源极考虑了体效应和沟道长度调制效应后其增益应该是：

         我们忽略沟道长度调制效应，即ro无穷大。则此时表达式变为：

        我们看到，在体效应的影响下，共栅级放大电路的等效跨导相当于增加了。这意味着共栅级电路拥有着比共源极放大电路更大的增益。 

接下来我们再关心电路的输入输出阻抗。与前面的电流不同，共栅级电路在源端输入，输入电阻不再是无穷大。我们在源端加入输入电压源计算输入电阻，如图4.4所示：

图4.4 计算输入电阻的小信号等效电路

根据基尔霍夫定律有：

输出电阻：在计算输出电阻时，将Vin和偏置电压接地，则源端电压和栅端电压均为0，最终：

         我们接下来在来看看电路的输入电压摆幅。从图4.2我们已经分析出，为使M1工作在饱和区，Vout的范围应该是[Vb-VTH,VDD]，这也是输出电压的摆幅。

        完成了基本的三步曲分析后，我们再来看看共栅级电路的其他特性。在前面的共源极以及源极跟随器，输入信号均是电压信号。而在共栅级放大电路中，由于在源端输入，因此也可以用电流信号作为输入信号，如图4.5所示。

图4.5 输入信号是电流信号的共栅级放大电路

        相关的分析和前面的一致，无非就是由电压源换成了带内阻的电流源。这里就不再赘述。

         在上一节我们看到，共栅级可以是电流输入，而前面学习的共源极电路又是一个电压输入，电流或者电压输出的器件。如果我们将他们组合一下，会是什么样呢？如图5.1所示为共源共栅结构（cascode），前一级电路（共源级）会后一级（共栅级）提供合适的偏置电流。这个电路非常的重要！！！

图5.1 共源共栅结构

        接下来我们来分析一下电路的输入输出特性。当Vin>1则上述式子可以简化为：

         可以看到，M2管子将M1管的输出电阻放大为原来的(gm2+gmb2)ro2倍。所以说共源共栅级电路的一个重要特性就是可以放大输出电阻。但这样会消耗额外的电压余度（因为必须保证所有管子都工作在饱和区）。

        单级放大器这一章节，拉扎维先生用了非常多的篇幅来着重介绍以及各种眼花缭乱的公式推导，是因为其作为模拟电路的基本组成单元有着无与伦比的重要地位。本周笔者花费了较多时间对所有电路进行了推导以及大信号小信号分析，现在我们来总结一下各类电路的优缺点：