3. 单级放大器（下）：共漏极（源跟随器）、共栅极放大器
好，咱们接着聊单级放大器的另外两种基本结构——共漏极和共栅极。很多刚入行的同学总觉得共源放大是主角，剩下两个是配角，随便看看就行。其实不然。我在项目里吃过亏，才明白这三种结构各有各的脾气，用对了地方，一个源跟随器能解决你头疼好几天的阻抗匹配问题。
3.1 共漏极放大器（源跟随器）
共漏极，也叫源跟随器。为什么叫“跟随”？因为输出端在源极，输入在栅极，源极电位会“跟着”栅极走，只差一个 \( V_{GS} \)。说白了，电压增益约等于1，但电流驱动能力很强。
核心特性速览：
- 电压增益 \( A_v \approx 1 \)（略小于1）
- 输入阻抗极高（栅极，MOS管本征）
- 输出阻抗极低（约 \( 1/g_m \)）
- 不反相，输入输出同相
3.1.1 输入输出阻抗
输入阻抗，这个好理解。栅极是绝缘的，低频下基本只看偏置电阻。我习惯在栅极对地挂一个几十kΩ到几MΩ的电阻，具体看功耗和噪声要求。
输出阻抗才是源跟随器的亮点。小信号模型一推，输出阻抗 \( R_{out} = 1/g_m \parallel R_S \)。如果忽略源极电阻 \( R_S \)，那 \( R_{out} \approx 1/g_m \)。
举个例子，偏置电流1mA，\( g_m \) 大约在几mS量级，输出阻抗就是几百欧姆。这比共源级的输出阻抗低了一两个数量级。你想想看，一个几百欧的输出阻抗，驱动后级电容负载是不是轻松很多？
我的经验： 在ADC的输入缓冲级，我常用源跟随器。因为ADC的采样电容会在开关切换时产生电荷注入，如果驱动级输出阻抗太高，建立时间会拉长，直接影响采样精度。源跟随器低输出阻抗，能快速给采样电容充电。
3.1.2 常见坑点
源跟随器不是完美的。它的线性范围受限于 \( V_{GS} \) 的平方律特性。输入信号摆幅一大，\( V_{GS} \) 变化，\( g_m \) 跟着变，失真就上来了。
还有一个问题——体效应。NMOS做源跟随器，源极电位不是最低电位，衬底和源极之间有电压差，阈值电压会变化。这会导致增益更偏离1，线性度更差。
我曾经踩过的坑： 有一次做LDO的缓冲级，用了NMOS源跟随器，没考虑体效应。仿真时增益0.95，觉得还行。流片回来测试，发现电源抑制比(PSRR)比仿真差了10dB。查了半天，发现体效应让输出阻抗变大了，高频下PSRR恶化。后来换成PMOS源跟随器，把衬底和源极短接，问题才解决。
3.2 共栅极放大器
共栅极，栅极交流接地，信号从源极输入，漏极输出。这个结构在教科书中常被一笔带过，但在高频和宽带电路中，它是真正的“隐形冠军”。
3.2.1 为什么共栅极值得关注？
共栅极有三个特点，让它在一众放大器中独树一帜：
- 输入阻抗低：约 \( 1/g_m \)，适合做电流输入
- 输出阻抗高：与共源级类似，约 \( r_o \) 量级
- 频率特性好：没有米勒效应，带宽可以做得很宽
没有米勒效应，这是共栅极最大的优势。共源放大器中，\( C_{gd} \) 会被米勒倍乘，高频下输入电容剧增。共栅极的栅极接地，\( C_{gd} \) 一端接交流地，米勒效应消失。所以共栅极的输入电容很小，带宽主要受限于源极的寄生电容。
3.2.2 输入输出阻抗详解
输入阻抗：从源极看进去，\( R_{in} = 1/g_m \)。这个值很小，一般在几十到几百欧姆。所以共栅极适合做电流输入，或者接在低阻抗源后面。
输出阻抗：从漏极看进去，\( R_{out} = r_o \)。如果考虑源极负反馈，输出阻抗还会更大。这个特性让共栅极可以作为电流源的输出级。
| 参数 | 共源 | 共漏（源跟随） | 共栅 |
|---|---|---|---|
| 电压增益 | 高（\( -g_m R_D \)） | ≈1 | 高（\( g_m R_D \)） |
| 输入阻抗 | 高 | 极高 | 低（\( 1/g_m \)） |
| 输出阻抗 | 高（\( r_o \)） | 低（\( 1/g_m \)） | 高（\( r_o \)） |
| 米勒效应 | 严重 | 轻微 | 无 |
| 带宽 | 中等 | 高 | 很高 |
3.3 典型应用场景
光讲理论没意思，咱们看看实际项目中怎么用。
3.3.1 源跟随器的应用
- 缓冲器：连接高阻抗前级和低阻抗后级，比如ADC驱动、PLL的VCO输出缓冲
- 电平移位：利用 \( V_{GS} \) 压降，把信号电平向下平移一个阈值电压
- LDO的功率管驱动：用源跟随器驱动大尺寸功率管，提供足够的栅极驱动电流
3.3.2 共栅极的应用
- 电流缓冲器：接收电流信号，输出到高阻抗负载
- 共源共栅（Cascode）：共源+共栅组合，提升输出阻抗和带宽
- 宽带放大器：比如光接收机的前置放大器，需要高带宽和低输入阻抗
- 混频器：吉尔伯特混频器中，输入级常用共栅结构
我个人的设计习惯： 在做高速比较器时，前级用共栅极做输入，后级用源跟随器做输出缓冲。共栅极提供低输入阻抗和宽带宽，源跟随器提供低输出阻抗驱动后级数字电路。这个组合在几百MHz到几GHz的电路中非常常见。
3.4 知识体系总览
下面这张图把三种单级放大器的核心特性串起来了，方便你对照记忆。
3.5 避坑指南
最后，我把自己这些年踩过的坑总结一下，希望能帮你少走弯路。
源跟随器常见问题：
- 输出摆幅受限：源跟随器的输出最高只能到 \( V_{DD} - V_{GS} \)，最低到 \( V_{SS} + V_{DS,sat} \)。设计时一定要算好余量。
- 稳定性问题：源跟随器驱动容性负载时，可能产生负阻效应，导致振荡。我建议在输出端串联一个小电阻（几十欧姆），或者加一个零点补偿电容。
共栅极常见问题：
- 偏置复杂：栅极需要稳定的直流偏置，同时交流接地。我习惯用一个大电容（pF量级）把栅极对地交流短路。
- 噪声性能：共栅极的噪声系数通常比共源级差一些，因为输入阻抗低，前级噪声电流会直接流入。在低噪声应用中要谨慎使用。
嗯，单级放大器的三种基本结构就聊到这儿。每种结构都有自己的“舒适区”，没有的好坏。关键是你得知道在什么场景下选什么结构，以及怎么避开那些常见的坑。下次做电路设计时，不妨多想想：这个位置用源跟随器是不是更合适？那个位置用共栅极能不能提升带宽？