地吐型电流镜，压流转换，

Question

当图片左边运放没有信号输入时，也就是没有进行压流转换时，右边地吐型电流镜PMOS的工作情况是怎么具体分析的，特别是地吐型电流镜门极电压是多少

Answer 1

上午好☀️☀️☀️️
本答案参考通义千问

在地吐型电流镜（也称为“源极跟随器”或“共源共栅”结构）中，如果左边的运放没有信号输入，意味着压流转换未发生。此时，整个电路处于静态工作状态，即没有外部信号驱动，电路处于偏置状态。我们来详细分析此时右边地吐型电流镜中PMOS的工作情况，特别是其门极电压。

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一、电路背景

地吐型电流镜通常用于实现电流复制或电流镜功能，其中PMOS晶体管作为电流镜的“负载”或“电流源”。该结构常用于差分放大器、运算放大器等模拟电路中。

地吐型电流镜结构简述：

• 左侧： 运算放大器（Op-Amp）的输出连接到电流镜的输入端。
• 右侧： PMOS晶体管构成的电流镜，其漏极连接到负载或下一个电路模块，源极接地（因此称为“地吐型”），栅极通过电阻或偏置网络控制。

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二、当左边运放无信号输入时的电路状态

在这种情况下，没有外部信号输入，所以：

• 左边运放的输出为零电平或偏置电压；
• 电流镜中的PMOS晶体管不进行压流转换，而是处于静态偏置状态；
• 此时，PMOS晶体管的工作状态由其栅极电压决定。

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三、PMOS晶体管的工作状态分析

PMOS晶体管在地吐型结构中，其源极接地，因此其栅极电压必须高于源极电压（0V），才能使晶体管导通。

关键点：

1. PMOS的开启条件：

   • 当 VGS > Vth（阈值电压） 时，PMOS导通；
   • 在地吐型结构中，VGS = Vg - Vs = Vg - 0 = Vg；
   • 所以，只要 Vg > Vth，PMOS就处于饱和区或线性区。

2. 没有信号输入时的偏置状态：

   • 左边运放无输入，意味着其输出为偏置电压（如0V或某个固定电压）；
   • 如果该偏置电压被用来作为PMOS的栅极电压，则此时PMOS的门极电压就是这个偏置电压。

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四、具体分析：门极电压是多少？

假设条件：

• 左边运放的输出为0V（无输入）；
• 右侧PMOS的栅极直接由运放输出控制；
• 电源电压为 VDD，PMOS的源极接地（0V）。

情况一：运放输出为0V（无信号）

• PMOS的栅极电压 Vg = 0V；
• 源极电压 Vs = 0V；
• 所以 VGS = 0V - 0V = 0V；
• 若PMOS的阈值电压为 Vth = -0.5V（典型值），则此时 VGS < Vth，PMOS关断。

重点：此时PMOS不导通，处于关闭状态，无电流流过。

情况二：运放输出为偏置电压（例如+1V）

• 则 Vg = +1V；
• VGS = +1V - 0V = +1V；
• 若 Vth = -0.5V，则 VGS > Vth，PMOS导通。

重点：此时PMOS处于导通状态，可以正常进行电流镜操作。

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五、解决方案与建议

如果你希望在无信号输入时，PMOS仍能保持一定工作状态，可以采取以下措施：

1. 添加偏置电路

• 在PMOS的栅极加入一个偏置电阻或电流源，使其在无信号时也能维持一定的栅极电压。

2. 使用恒定偏置电压

• 使用一个稳定的参考电压（如1.2V）作为PMOS的栅极电压，确保其始终导通。

3. 调整电路设计

• 如果是用于电流镜，可考虑使用双极型晶体管（BJT）或NPN/PNP电流镜替代PMOS，以避免栅极电压不稳定的问题。

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六、代码示例（假设使用SPICE仿真）

* 地吐型电流镜模型（无信号输入时）
VDD 1 0 5V
GND 0 0
Vbias 2 0 1.2V  ; 假设偏置电压为1.2V
M1 3 2 0 0 PMOS W=1u L=0.5u  ; PMOS，栅极接偏置电压
Rload 3 1 1k     ; 负载电阻

说明： 上述代码中，PMOS的栅极电压为1.2V，即使没有外部信号输入，也能保证其导通。

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七、总结

| 项目 | 说明 | |------|------| | PMOS门极电压 | 由偏置电路或运放输出决定；若无信号输入且运放输出为0V，则可能关闭。 | | 工作状态 | 若Vg < Vth，则PMOS关闭；若Vg ≥ Vth，则导通。 | | 建议 | 添加偏置电路或使用稳定参考电压，确保PMOS在无信号时仍能正常工作。 |

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如需进一步分析具体电路图或仿真结果，请提供更详细的电路结构和参数。