三章節(jié)單級(jí)放大器ppt課件

1、第三章第三章單級(jí)放大器單級(jí)放大器主要內(nèi)容主要內(nèi)容掌握CMOS單級(jí)放大器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 共源極、源極跟隨器、共柵級(jí)、共源共柵級(jí)掌握CMOS單級(jí)放大器的設(shè)計(jì)方法非線性系統(tǒng)的輸入輸出特性非線性系統(tǒng)的輸入輸出特性3.1基本概念基本概念模擬電路設(shè)計(jì)的八邊形法則模擬電路設(shè)計(jì)的八邊形法則3.2 共源級(jí)共源級(jí)3.2.1 采用電阻負(fù)載的共源級(jí)采用電阻負(fù)載的共源級(jí)(CS)采用電阻負(fù)載的共源級(jí)采用電阻負(fù)載的共源級(jí)(CS)斜率斜率(即增益即增益)最大為多少？最大為多少？輸出電壓輸出電壓擺幅最大擺幅最大為多少？為多少？靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)易觀察到的兩個(gè)問(wèn)題：易觀察到的兩個(gè)問(wèn)題：放大器增益最大可達(dá)到多少？放大器增益

2、最大可達(dá)到多少？輸出電壓擺幅最大為多少？輸出電壓擺幅最大為多少？V0Vin簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單CS放大器的設(shè)計(jì)參數(shù)放大器的設(shè)計(jì)參數(shù)固定設(shè)計(jì)參數(shù)固定設(shè)計(jì)參數(shù): kn,VTH, (由制造工藝決定由制造工藝決定)設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo): 一定大小的放大器增益一定大小的放大器增益 Av= -gmRD (Avmax= ？)設(shè)計(jì)可變參數(shù)設(shè)計(jì)可變參數(shù):VDD,ID,VG,W/L,RD (VDD通常也是固定的通常也是固定的)附加設(shè)計(jì)條件附加設(shè)計(jì)條件:功耗大小要求；輸入、輸出電壓范圍功耗大小要求；輸入、輸出電壓范圍(擺幅擺幅)限制條件限制條件:MOS管必須工作在飽和狀態(tài)管必須工作在飽和狀態(tài)輸出電壓擺幅輸出電壓擺幅電阻負(fù)載共源級(jí)的

3、電阻負(fù)載共源級(jí)的ID(Vin)、gmVin）臨界飽和點(diǎn)臨界飽和點(diǎn)A問(wèn)題：圖問(wèn)題：圖b中臨界飽和點(diǎn)中臨界飽和點(diǎn)Agm最大，設(shè)為靜態(tài)工最大，設(shè)為靜態(tài)工作作 點(diǎn)放大器可獲得最大增益。這種說(shuō)法對(duì)嗎？為什么點(diǎn)放大器可獲得最大增益。這種說(shuō)法對(duì)嗎？為什么？AM1在飽和區(qū)在飽和區(qū)M1在線性在線性區(qū)區(qū)gm=(Vgs-VT)VinA-VTgm=VDSVinAVinA-VTovmaxmA= -gr電阻負(fù)載共源級(jí)的小信號(hào)等效電路電阻負(fù)載共源級(jí)的小信號(hào)等效電路ovmDA = -gr |R本征增益，大約為本征增益，大約為1030WnoxDvmDDLA = -g R = - 2 CI RRDWvnoxLDVA = -2 C

4、I0mm0mm11r=(1030) gg11r/gg電阻負(fù)載電阻負(fù)載CS放大器設(shè)計(jì)參數(shù)的制約關(guān)系放大器設(shè)計(jì)參數(shù)的制約關(guān)系增益增益AV與與W/L、ID、RD(VRD)三個(gè)參數(shù)有關(guān)。三個(gè)參數(shù)有關(guān)。D DD DL LW Wo ox xn nD Dm mv vR RI IC C2 2R Rg gA AD DR RD DL LW Wo ox xn nv vI IV VC C2 2A A若保持為若保持為ID、 W/L常數(shù)，常數(shù)， RD，AV ，這意味著，這意味著VDS ，放大器靜態(tài)工作點(diǎn)下移，輸出電壓的擺幅，放大器靜態(tài)工作點(diǎn)下移，輸出電壓的擺幅。若保持若保持ID、RD為常數(shù)，為常數(shù)， W/L，AV ，但，

5、但MOS管寄生管寄生電容電容，高頻相應(yīng)，高頻相應(yīng)(放大器的放大器的f3dB)變差。變差。若保持若保持W/L、VRD不變，不變，ID ， AV ，這意味著，這意味著RD ，版圖面積版圖面積，電阻噪聲，電阻噪聲，放大器速度，放大器速度(輸出節(jié)點(diǎn)時(shí)間常數(shù)輸出節(jié)點(diǎn)時(shí)間常數(shù)RC )，溝道調(diào)制效應(yīng)的影響，溝道調(diào)制效應(yīng)的影響 (r0與與RD更接近更接近)?？傊?，若為提高增益而使總之，若為提高增益而使 RD，就會(huì)導(dǎo)致輸出電壓的擺，就會(huì)導(dǎo)致輸出電壓的擺幅幅，版圖面積，版圖面積，電阻噪聲，電阻噪聲，放大器速度，放大器速度，因此電阻復(fù)，因此電阻復(fù)雜雜CS放大器一般不常用放大器一般不常用 。3.2.2二極管連結(jié)二極管

6、連結(jié)MOS管的工作狀態(tài)管的工作狀態(tài)MOS管二極管連結(jié)并導(dǎo)通時(shí)管二極管連結(jié)并導(dǎo)通時(shí),Vg=Vd,顯然顯然,不論不論是是NMOS還是還是PMOS管管,均工作在飽和區(qū)均工作在飽和區(qū)!二極管連接的二極管連接的MOS管的小信號(hào)等效電阻管的小信號(hào)等效電阻x xo ox xx xm mb bm mI Ir rV V) )V Vg g( (g gm mb bm mo om mb bm mx xx xg gg g1 1r r| | |g gg g1 1I IV V二極管連接的二極管連接的MOS管從源極管從源極看進(jìn)去的小信號(hào)等效電阻：看進(jìn)去的小信號(hào)等效電阻：常用公式常用公式二極管連接的二極管連接的MOS管小信號(hào)阻

7、抗管小信號(hào)阻抗X XD D0 0D DX Xm mm mb b0 0m mm mb b0 0m mm mb bV VR R + +r rR R1 1= =+ +I I1 1+ +( (g g + +g g ) )r r( (g g + +g g ) )r rg g + +g gRinm mb bm mo om mb bm mx xx xg gg g1 1r r| | |g gg g1 1I IV V對(duì)于圖對(duì)于圖(c)對(duì)于圖對(duì)于圖(a)、(b)(a)(b)(c)=0時(shí)同時(shí)同(a)、(b)MOS二極管連接負(fù)載的共源極二極管連接負(fù)載的共源極NMOS負(fù)載時(shí)負(fù)載時(shí)PMOS負(fù)載時(shí)負(fù)載時(shí)Rin=1/(gm2

8、+gmb2)/r02Rin=(1/gm2)/r02MOS二極管連接負(fù)載的共源極（二極管連接負(fù)載的共源極（ 0 ）1 11 1g gg gg gg g1 1g gA Am m2 2m m1 1m mb b2 2m m2 2 m m1 1v v1 11 1(W/L)(W/L)(W/L)(W/L)A A2 21 1v v n n1 1v vp p2 2(W/L)(W/L)A A(W/L)(W/L)增益與偏置電流無(wú)關(guān)，即輸入與輸出增益與偏置電流無(wú)關(guān)，即輸入與輸出呈線性呈線性(大信號(hào)時(shí)也如此！大信號(hào)時(shí)也如此！)NMOS二極管二極管PMOS二極管二極管Rin1/(gm2+gmb2)Rin 1/gm2Vbs

9、0Vbs=0問(wèn)題問(wèn)題:ID10時(shí)，時(shí)，M2是工作在飽和區(qū)還是線性是工作在飽和區(qū)還是線性區(qū)區(qū)?MOS二極管連接負(fù)載的共源極二極管連接負(fù)載的共源極(例例1)1 10 00 0( (W W/ /L L) )( (W W/ /L L) )2 2p p1 1n np pn n2 2 則有：則有：通常：通常：5 50 0( (W W/ /L L) )( (W W/ /L L) )2 21 1于是：于是： 假設(shè)假設(shè)(W/L)2=1，那么，那么(W/L)11 ; (WL)1很大很大, 假設(shè)假設(shè)(W/L)1=1，那么，那么(W/L)21, (WL)2也很大也很大,無(wú)論如何，無(wú)論如何，這都會(huì)導(dǎo)致要么輸入寄生電容太

10、大或輸出寄生電容太這都會(huì)導(dǎo)致要么輸入寄生電容太大或輸出寄生電容太大，從而減小大，從而減小3dB帶寬。帶寬。 相對(duì)而言，相對(duì)而言，(W/L)21 要要小小 這體現(xiàn)了增益與速度這體現(xiàn)了增益與速度(帶寬帶寬)的矛盾的矛盾!若需若需AV=10MOS二極管連接負(fù)載的共源極二極管連接負(fù)載的共源極記記Von=VGS-VT表示表示MOS管的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓管的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓(Von越大越大,MOS管工作電流也越大管工作電流也越大),該式表明增益是兩管過(guò)驅(qū)該式表明增益是兩管過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓之比，動(dòng)電壓之比，AV越大，越大，Von2越大，越大，Vomax越小。越小。2 2T TH H2 2G GS S2 22 2p p2 2T

11、TH H1 1G GS S1 11 1n n) )V V( (V VL LW Wu u) )V V( (V VL LW Wu u ID1= ID2 Von2= VDD- Vo - |VTP | Vo= VDD- |VTP | -Von2n n1 1G GS S2 2T TH H2 2o on n2 2V Vp p2 2G GS S1 1T TH H1 1o on n1 1( (W W/ /L L) )| |V V- - V V| |V VA A = = - -= = - -= = - -( (W W/ /L L) )V V- - V VV V設(shè)電源電壓設(shè)電源電壓 VDD=3V, |VTN|=

12、|VTP| =0.7V 假定假定 Von1 = VGS1-VTH1= Vin-VTH1 0.2V若若AV=-10, 那么那么 |VGS2| | AV | Von1+| VTH2 | = 2.7V |VDS2 | = | VGS2 | 2.7V故故 Vo=VDD- | VDS2 | 3-2.7=0.3V, 聯(lián)系到聯(lián)系到M1飽和飽和要求要求: Vo= VDS1VGS1-VTH1 = Von1 =0.2V. 故故Vo的變化范圍僅有的變化范圍僅有0.2V0.3V，輸出電壓擺幅非常，輸出電壓擺幅非常小。小。MOS二極管連接負(fù)載的共源極二極管連接負(fù)載的共源極(例例2)n n1 1G GS S2 2T TH

13、 H2 2o on n2 2V Vp p2 2G GS S1 1T TH H1 1o on n1 1( (W W/ /L L) )| | V V- - V V| |V VA A= = - -= = - -= = - -( (W W/ /L L) )V V- - V VV V問(wèn)題問(wèn)題: 顯而易見顯而易見,Vin, Vo , 又又 VoVin-VTH1 (M1飽和要求飽和要求)故存在故存在Vin max, 那么那么Vin max =?求上例中求上例中Vinmax=? (例例3)n n1 1G GS S2 2T TH H2 2o on n2 2V Vp p2 2G GS S1 1T TH H1 1o

14、 on n1 1( (W W/ /L L) )| | V V- - V V| |V VA A= = - -= = - -= = - -( (W W/ /L L) )V V- - V VV V設(shè)電源電壓設(shè)電源電壓 VDD=3V, | AV |=10, |VTN|= |VTP| =0.7V M1臨界飽和時(shí)臨界飽和時(shí):Vo = Von1 = VGS1-VTH1= Vinmax-VTH1又又 |VGS2| = | AV | (Vinmax-VTH1) +| VTH2 |又又 Vo + | VGS2 | = VDD (Vinmax-VTH1) (1+ | AV | ) +| VTH2 |= VDD Vi

15、nmax = (VDD - | VTH2 |) / (1+ | AV | ) + VTH1 Vinmax = (3 0.7) / (1+ 10 ) + 0.7=0.91V 0.7V=VTH1 Vin 0.91V易見，易見，M1的輸入電壓范圍也很窄的輸入電壓范圍也很窄!具有階躍偏置電流的二極管連接器件具有階躍偏置電流的二極管連接器件 假設(shè)假設(shè) I1 越來(lái)越小越來(lái)越小, VGS 越來(lái)越接近越來(lái)越接近 VTH I1越來(lái)越接近越來(lái)越接近 0時(shí)時(shí), 忽略漏電流的影響忽略漏電流的影響, 我們有：我們有： VGSVTH2, 因而因而 VoutVDD-VTH2 ! 此即此即NMOS模擬開關(guān)傳送高電平時(shí)的閾值損

16、失特性模擬開關(guān)傳送高電平時(shí)的閾值損失特性 PMOS開關(guān)呢？情況又如何？開關(guān)呢？情況又如何？在數(shù)字電路中在數(shù)字電路中,NMOS、PMOS的柵極在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)分別接的柵極在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)分別接“1”、“0電平電平,截止時(shí)截止時(shí)剛好相反剛好相反,兩種開關(guān)并聯(lián)即兩種開關(guān)并聯(lián)即構(gòu)成構(gòu)成CMOS傳輸門。傳輸門。MOS二極管連接共源極的最大輸出電壓二極管連接共源極的最大輸出電壓若上圖中若上圖中M2的柵極接一個(gè)固定電壓的柵極接一個(gè)固定電壓Vb結(jié)果又如何結(jié)果又如何?M1截止截止MOS二極管連接共源極的最大輸出電壓二極管連接共源極的最大輸出電壓M1截止截止MOS二極管連接負(fù)載共源極的小結(jié)二極管連接負(fù)載共源極的小結(jié) 增益

17、增益AV(W/L)1/(W/L)21/2 = Von2/ Von1。 增益增益AV不高不高(一般一般10)，且輸入、輸出擺幅，且輸入、輸出擺幅小，這一特點(diǎn)限制了它的應(yīng)用。小，這一特點(diǎn)限制了它的應(yīng)用。 它的優(yōu)點(diǎn)是跨導(dǎo)它的優(yōu)點(diǎn)是跨導(dǎo)gm與電流與電流ID無(wú)關(guān)，放大器無(wú)關(guān)，放大器的線性特性好，大信號(hào)下也如此。二極管連的線性特性好，大信號(hào)下也如此。二極管連接的接的MOS管常用來(lái)構(gòu)成有源電流鏡。管常用來(lái)構(gòu)成有源電流鏡。 有改善有改善AV不高、輸出擺幅小這一缺點(diǎn)的電不高、輸出擺幅小這一缺點(diǎn)的電路，但效果不是特別明顯。路，但效果不是特別明顯。MOS二極管連接負(fù)載的共源極二極管連接負(fù)載的共源極(例例4)右圖中右

18、圖中M1偏置在飽和區(qū)，漏電流為偏置在飽和區(qū)，漏電流為I1。已知。已知IS=0.75I1，求，求AV=？2 2p p1 1n n2 2D D2 2p p1 1D D1 1OXOXn nm2m2m1m1v v(W/L)(W/L)(W/L)(W/L)4 4I I(W/L)(W/L)I I(W/L)(W/L)C Cg gg gA A) )V V( (V V| |V VV V| |T TH H1 1G GS S1 1T TH H2 2G GS S2 24 4A Av v , ,4 4I II ID D2 2D D1 12 2T TH H2 2G GS S2 22 2p p2 2T TH H1 1G GS

19、 S1 11 1n n) )V V( (V VL LW W4 4) )V V( (V VL LW W增加增加IS在相同增益下可在相同增益下可增加輸出電壓擺幅。增加輸出電壓擺幅。采用電流源負(fù)載的共源級(jí)采用電流源負(fù)載的共源級(jí)1 1o ou ut t2 2T TH H1 1i in n1 1C Cn nD D1 1I I) )V V( (1 1) )V V( (V VL LW W0 0. .5 5I IO OX XCj由上式可知由上式可知:若若I1為理想恒流為理想恒流,Vin,則則Vout也可以這樣理解也可以這樣理解: 靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí), I1=ID1,V0為一確定的為一確定的靜態(tài)電壓靜態(tài)電壓,Ij=

20、0。Vin,ID1,Ij=I1- ID10,Cj充電充電,V0 Ij電流源負(fù)載共源級(jí)的輸出電壓擺幅問(wèn)題電流源負(fù)載共源級(jí)的輸出電壓擺幅問(wèn)題記記Von=VGS-VT，常稱，常稱Von為為MOS管的過(guò)管的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)電壓,它表征它表征MOS管工作電流的大小管工作電流的大小M1、M2飽和要求飽和要求:Von1 =Vin - VTN Vout Vb +| VTP | = VDD Von2輸出電壓擺幅與輸出電壓擺幅與Vin、 Vb有關(guān)有關(guān)(也常說(shuō)成與也常說(shuō)成與Von1、 Von2有有關(guān)關(guān),兩種說(shuō)法是一致的兩種說(shuō)法是一致的)。保持。保持ID不變不變,假設(shè)假設(shè)(W/L)1,2，Von1、2 ,Vin, Vb

21、 , 擺幅增加擺幅增加 (反之減小反之減小)。 但但(WL)，寄生，寄生電容電容，高頻性能變差，高頻性能變差，f3dB 。此即擺幅與帶寬的折衷。此即擺幅與帶寬的折衷。若保持若保持(W/L)1,2不變，不變， ID (ID 增加一般來(lái)說(shuō)放大器速度也增加一般來(lái)說(shuō)放大器速度也增加增加), Von , Vin , Vb , 擺幅減小擺幅減小(反之增加反之增加)。此即速度與。此即速度與擺幅的折衷。擺幅的折衷。采用電流源負(fù)載共源級(jí)的采用電流源負(fù)載共源級(jí)的AVD D1 11 1D Do ox xn no o1 1m mI I1 1L LW WI IC C2 2r rg g若若W、ID不變不變, L(r02

22、), AV，但過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓，但過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓Von，輸出電壓擺幅，輸出電壓擺幅，若同時(shí)保持若同時(shí)保持Von不變不變(即擺幅不變即擺幅不變) ，則需，則需W ，這會(huì)導(dǎo)致寄生電容，這會(huì)導(dǎo)致寄生電容, 放放大器帶寬大器帶寬。這充分體現(xiàn)了模擬設(shè)計(jì)中的增益、擺幅、帶寬之間的折衷。這充分體現(xiàn)了模擬設(shè)計(jì)中的增益、擺幅、帶寬之間的折衷關(guān)系。關(guān)系。(電阻負(fù)載電阻負(fù)載CS中中 ID不變不變, RD, AV, 擺幅一定擺幅一定)( 1/L)注意增益與注意增益與ID的平方根成反比的平方根成反比!若若ID, AV, 過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓Von, 擺幅擺幅, 放大器速度放大器速度(ID), 這體現(xiàn)了增益、這體現(xiàn)了增益、擺幅、速

23、度之間的折衷關(guān)系。擺幅、速度之間的折衷關(guān)系。若若L、ID不變不變, W, AV，過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓，過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓Von ，輸出電壓擺幅，輸出電壓擺幅 ,這會(huì)導(dǎo)致這會(huì)導(dǎo)致寄生電容寄生電容, 放大器帶寬放大器帶寬。這體現(xiàn)了模擬設(shè)計(jì)中的增益、擺幅、帶寬之。這體現(xiàn)了模擬設(shè)計(jì)中的增益、擺幅、帶寬之間的折衷關(guān)系。間的折衷關(guān)系。注意其注意其AV與擺幅之間的關(guān)與擺幅之間的關(guān)系同帶電阻負(fù)載系同帶電阻負(fù)載CS的差別的差別D DI IL LW W o o2 2o o1 1m mv vr r| | |r rg gA A問(wèn)題問(wèn)題: 靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)Vout如何計(jì)算如何計(jì)算? 2 22 21 12 2D D1 1i in nT

24、 TN ND D2 2D DD Db bT TP PI I( (V VV V ) ) I I( (V VV VV V ) )2 22 2若若M1、M2飽和，不考慮溝飽和，不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)即道調(diào)制效應(yīng)即0），那么），那么：上式與上式與Vout大小無(wú)關(guān)！，即大小無(wú)關(guān)！，即表示若表示若M1、M2飽和，飽和， Vout可可以為任意值！這顯然與實(shí)際不以為任意值！這顯然與實(shí)際不符！符！電流源負(fù)載共源級(jí)的靜態(tài)點(diǎn)問(wèn)題電流源負(fù)載共源級(jí)的靜態(tài)點(diǎn)問(wèn)題(1)靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí)(Vin、 Vb為一固定常數(shù)為一固定常數(shù))， Vout的大小由溝道的大小由溝道調(diào)制效應(yīng)調(diào)制效應(yīng) (1、2)決定，若不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)則無(wú)決定，若不考

25、慮溝道調(diào)制效應(yīng)則無(wú)法求得靜態(tài)工作點(diǎn)，這種情況叫靜態(tài)工作點(diǎn)無(wú)法法求得靜態(tài)工作點(diǎn)，這種情況叫靜態(tài)工作點(diǎn)無(wú)法“目目測(cè)測(cè)”靜態(tài)工作點(diǎn)不能靜態(tài)工作點(diǎn)不能“目測(cè)目測(cè)”靜態(tài)工作點(diǎn)可以靜態(tài)工作點(diǎn)可以“目測(cè)目測(cè)”2 22 21 12 2i in nT TN ND DD D0 0T TP P1 10 0D DD DT TP Pi in nT TN N2 2( (V V - -V V ) ) = =( (V V - -V V - -| |V V | |) )2 22 2V V = = V V - -| |V V | |- -( (V V - -V V ) ) n(W/L)1(Vin-VTN)2(1+ 1V0 )=

26、P(W/L)2(VDD-Vb-|VTP|)21+ 1(V0 -VDD)若不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)：若不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)：靜態(tài)點(diǎn)不能靜態(tài)點(diǎn)不能“目測(cè)帶來(lái)的問(wèn)題目測(cè)帶來(lái)的問(wèn)題(1)半電路半電路ISS變化變化2ISS導(dǎo)致導(dǎo)致V01變化變化V01等效于等效于Vin變化變化Vin導(dǎo)致導(dǎo)致V0變化變化V0ISS的變化導(dǎo)致靜態(tài)點(diǎn)電壓的劇烈變化的變化導(dǎo)致靜態(tài)點(diǎn)電壓的劇烈變化恒流源負(fù)載的恒流源負(fù)載的CS用作差分輸入級(jí)的半電路時(shí)用作差分輸入級(jí)的半電路時(shí), ISS若因若因輸輸入共模電壓入共模電壓Vin1=Vin2發(fā)生變化帶來(lái)溝道調(diào)制效應(yīng)發(fā)生變化帶來(lái)溝道調(diào)制效應(yīng)(ISS通常是以單通常是以單NMOS構(gòu)構(gòu)成的簡(jiǎn)單恒流源成的簡(jiǎn)單

27、恒流源)導(dǎo)致導(dǎo)致ISS有一微小變化有一微小變化2ISS, 其靜態(tài)電壓其靜態(tài)電壓V01因因r01/r02較較大而變化一較大量大而變化一較大量2ISS(r01/r02 ) (特別是共源共柵結(jié)構(gòu)尤其明顯特別是共源共柵結(jié)構(gòu)尤其明顯), 這將導(dǎo)這將導(dǎo)致后級(jí)因此無(wú)法正常工作。該電路作為差分對(duì)的半邊電路時(shí)，必需輔以穩(wěn)致后級(jí)因此無(wú)法正常工作。該電路作為差分對(duì)的半邊電路時(shí)，必需輔以穩(wěn)定定Vout靜態(tài)電壓的電路靜態(tài)電壓的電路(通常稱為共模反饋電路通常稱為共模反饋電路)才能正常工作！才能正常工作！靜態(tài)點(diǎn)不能靜態(tài)點(diǎn)不能“目測(cè)目測(cè)” 與能與能“目測(cè)的差異目測(cè)的差異 Vout= ISS / gm3 Vout-VDD,即即

28、: VbVDD/2+VTH2+Vout/2 Vb 、 (W/L)2 還應(yīng)滿足還應(yīng)滿足 Ron2 大小的要求大小的要求如何確定如何確定Vb？產(chǎn)生上述條件的產(chǎn)生上述條件的Vb很難很難, 且且AV不高不高, 故這種放大器很少采用故這種放大器很少采用!O ON N2 2m mv vR Rg gA A| |) )V V| |V V( (V VC C1 1R RT TH HP Pb bD DD DL LW Wo ox xn nO ON N2 22 2CS放大器小結(jié)放大器小結(jié)帶電阻負(fù)載的帶電阻負(fù)載的CS增益增益AV=-gmRD, 因因RD, 芯片版圖面積芯片版圖面積, 且噪聲且噪聲,輸出擺幅輸出擺幅,故難于

29、獲得高增益故難于獲得高增益, 但因電阻的匹配好但因電阻的匹配好, 常用于作低失調(diào)放大器的差分輸入級(jí)。常用于作低失調(diào)放大器的差分輸入級(jí)。帶帶MOS二極管連接負(fù)載的二極管連接負(fù)載的CS增益增益AV=-gm1/ gm2 ,因擺幅、因擺幅、帶寬、芯片版圖面積等原因難于獲得高增益帶寬、芯片版圖面積等原因難于獲得高增益, 因此用得較少因此用得較少。帶恒流源負(fù)載的帶恒流源負(fù)載的CS增益增益AV=-r01/ r02 ,因高增益與輸出擺因高增益與輸出擺幅沒(méi)有不可避免的矛盾幅沒(méi)有不可避免的矛盾,故用得最多故用得最多,用作差分輸入級(jí)的半電用作差分輸入級(jí)的半電路時(shí)需共模反饋電路以穩(wěn)定靜態(tài)直流工作點(diǎn)。路時(shí)需共模反饋電路

30、以穩(wěn)定靜態(tài)直流工作點(diǎn)。由于存在密勒效應(yīng)，頻帶一般，常同由于存在密勒效應(yīng)，頻帶一般，常同CB聯(lián)合構(gòu)成聯(lián)合構(gòu)成CSCB放大器，用于高速運(yùn)放作差分輸入放大級(jí)。放大器，用于高速運(yùn)放作差分輸入放大級(jí)。帶源極負(fù)反饋的共源級(jí)帶源極負(fù)反饋的共源級(jí)(=0，=0)D Dm mv vR RG GA AS Sm mD Dm mv vR Rg g1 1R Rg gA AS Sm mm mm mR Rg g1 1g gG G若若gmRD1, AVRD/RS, 輸入與輸出呈線輸入與輸出呈線性性, 因因AV, 輸入電壓線性范圍輸入電壓線性范圍, 這是以這是以犧牲增益為代價(jià)的。同時(shí)犧牲增益為代價(jià)的。同時(shí)RS的引入的引入, 輸出

31、輸出電壓電壓V0min=Von1+VRS (比無(wú)比無(wú)RS時(shí)時(shí):V0min=Von1大了大了VRS) 。輸出擺幅。輸出擺幅 。等效跨導(dǎo)等效跨導(dǎo)假定假定=0，=0帶源極負(fù)反饋的共源級(jí)帶源極負(fù)反饋的共源級(jí)(=0，=0)S Sm mD DS Sm mD Dm mv vR R1 1/ /g gR R R Rg g1 1R Rg gA ARS=0RS 0RS=0、 RS 0漏電流和跨導(dǎo)曲線的差異漏電流和跨導(dǎo)曲線的差異從源級(jí)看進(jìn)去的阻抗從源級(jí)看進(jìn)去的阻抗源級(jí)反饋電阻源級(jí)反饋電阻負(fù)載電阻負(fù)載電阻帶源極負(fù)反饋的共源級(jí)帶源極負(fù)反饋的共源級(jí)(=0，=0) 注意到注意到 M2 連接為二極管，連接為二極管， 故其小信號(hào)

32、等效電阻故其小信號(hào)等效電阻為為 1/gm2。 于是，于是，AV=-RD/(1/gm1+1/gm2)Rin= 1/gm2S Sm mD DS Sm mD Dm mv vR R1 1/ /g gR R R Rg g1 1R Rg gA A從源級(jí)看進(jìn)去的阻抗從源級(jí)看進(jìn)去的阻抗源級(jí)反饋電阻源級(jí)反饋電阻負(fù)載電阻負(fù)載電阻帶源極負(fù)反饋的共源級(jí)帶源極負(fù)反饋的共源級(jí)(=0，=0)S Sm mD Dm mv vR Rg g1 1R Rg gA AS Sm mD Di in nm mD D1 1m mo ou ut tS Sm mi in n1 1S S1 1m mi in nS SD Di in n1 1R Rg

33、 g1 1R RV Vg gR RV Vg gV VR Rg g1 1V VV VR RV Vg gV VR RI IV VV VmDmD= -G R= -G R等效跨導(dǎo)等效跨導(dǎo)假定假定=0，=0在講解考慮溝道調(diào)制效應(yīng)和在講解考慮溝道調(diào)制效應(yīng)和襯偏效應(yīng)襯偏效應(yīng)(0，0)，的帶，的帶源極負(fù)反饋的共源級(jí)之前我源極負(fù)反饋的共源級(jí)之前我們先來(lái)看一個(gè)輔助定理！們先來(lái)看一個(gè)輔助定理！輔助定理輔助定理在線性電路中，電壓增益在線性電路中，電壓增益Av=-GmRout，其中，其中Gm表示輸出對(duì)地短接時(shí)電路的跨導(dǎo)；表示輸出對(duì)地短接時(shí)電路的跨導(dǎo)；Rout表示當(dāng)輸表示當(dāng)輸入電壓為零時(shí)電路的輸出電阻。如上圖所示。如入電

34、壓為零時(shí)電路的輸出電阻。如上圖所示。如果電路的果電路的Gm、Rout可以通過(guò)觀察確定，這個(gè)輔可以通過(guò)觀察確定，這個(gè)輔助定理將會(huì)非常有用。助定理將會(huì)非常有用。Vout=-IoutRout，定義，定義Gm=Iout/Vin，則，則Vout =GmVinRout Av=Vout/Vin=-GmRout輔助定理輔助定理 P57 例題3.6帶負(fù)反饋的共源級(jí)的等效跨導(dǎo)帶負(fù)反饋的共源級(jí)的等效跨導(dǎo)Gmo oS Smbmbm mS So om mininoutoutm mo oS SoutoutS SoutoutmbmbS Soutoutininm mo oS SoutoutX Xmbmb1 1m mrorob

35、sbsmbmb1 1m moutoutrr)R)Rg g(g(g11R Rr rg gV VI IG Gr rR RI I) )R RI I( (g g) )R RI I(V(Vg gr rR RI IV Vg gV Vg gI IV Vg gV Vg gI I0，0共源極的輸出電阻共源極的輸出電阻Routo oS So ombmbm mOUTOUTr rRR)r)rg g(g(g11R Rr ro oS SX Xm mb bS SX Xm mr ro ob bs sm mb b1 1m mX XI IR RI Ig g) )R RI I( (g gI IV Vg gV Vg gI IS SX

36、 XX XS Sm mb bm mX Xo oX XR RI I) )I I) )R Rg g( (g g( (I Ir rV V恒流源負(fù)載、帶源極負(fù)反饋的增益恒流源負(fù)載、帶源極負(fù)反饋的增益! ! r rg gA Ao om mv vAV與與RS無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)帶源級(jí)負(fù)反饋電阻的帶源級(jí)負(fù)反饋電阻的CS放大器小結(jié)放大器小結(jié)因引入負(fù)反饋電阻因引入負(fù)反饋電阻RS , AV , 輸入線性范圍輸入線性范圍,常在高線性的常在高線性的V/I變換電路中用作差分輸變換電路中用作差分輸入級(jí)的半電路。入級(jí)的半電路。因輸出阻抗較高因輸出阻抗較高, 利用該特性可在利用該特性可在MOS管的管的源級(jí)加入負(fù)反饋電阻以構(gòu)成高性能電流源

37、。源級(jí)加入負(fù)反饋電阻以構(gòu)成高性能電流源。因負(fù)反饋電阻因負(fù)反饋電阻RS的引入的引入, 輸出電壓允許的最輸出電壓允許的最小值增加小值增加, 即輸出擺幅即輸出擺幅。即因此多消耗了。即因此多消耗了一些電壓余度。一些電壓余度。源極跟隨器及其小信號(hào)等效電路源極跟隨器及其小信號(hào)等效電路m mb bm mm mb bm mo ou ut tg gg g1 1g g1 1| | |g g1 1R RS Sm mS SS Sm mm mb bm mm mS SS Sm mb bm mS Sm mv vR R1 1/ /g gR R) )R Rg gg gg g( (1 1/ /g gR R) )R Rg g( (

38、g g1 1R Rg gA A問(wèn)題問(wèn)題: M1會(huì)隨會(huì)隨Vin而進(jìn)入線性區(qū)嗎而進(jìn)入線性區(qū)嗎?源極跟隨器的輸出電阻源極跟隨器的輸出電阻m mb bm mm mb bm mX XX Xo ou ut tX Xm mb bX Xm mX Xg g1 1/ / /g g1 1g gg g1 1I IV VR R0 0V Vg gV Vg gI IX X1 1V VV V襯偏效應(yīng)等效于在輸出端襯偏效應(yīng)等效于在輸出端接了一個(gè)電阻接了一個(gè)電阻1/gmb這僅對(duì)源跟隨器是正確的這僅對(duì)源跟隨器是正確的！襯偏效應(yīng)使源跟隨器襯偏效應(yīng)使源跟隨器的輸出電阻減小了！的輸出電阻減小了！恒流源偏值源極跟隨器的增益恒流源偏值源極跟

39、隨器的增益mbmmVgggA1= 2 =0，10代維南等效代維南等效恒流源負(fù)載的源極跟隨器恒流源負(fù)載的源極跟隨器m mL Lo o2 2o o1 1m mb bL Lo o2 2o o1 1m mb bv vg g1 1| | |R Rr r| | |r r| | |g g1 1| | |R Rr r| | |r r| | |g g1 1A A如何求如何求Vout的擺幅的擺幅?擺幅擺幅、 Vb、偏值電流、偏值電流I0、頻、頻率響應(yīng)的折衷關(guān)系如何？率響應(yīng)的折衷關(guān)系如何？1 0， 2 0，10輸出端視在輸出端視在輸入阻抗輸入阻抗此項(xiàng)始終不變此項(xiàng)始終不變例例3.8：計(jì)算下圖電路的電壓增益：計(jì)算下圖電

40、路的電壓增益AVm1m1mb2mb2m2m2o2o2o1o1mb1mb1mb2mb2m2m2o2o2o1o1mb1mb1v vg g1 1) )g gg g1 1|r r|r r|g g1 1( (g gg g1 1|r r|r r|g g1 1A A輸出端視在輸出端視在輸入阻抗輸入阻抗0 02 2m m2 2m mb b2 21 1/ / /r rg g+ + g g1 0, 2 0從從M2源端看進(jìn)去的源端看進(jìn)去的阻抗為：阻抗為：10, 20從從M1源端看進(jìn)去的源端看進(jìn)去的阻抗為：阻抗為：0 01 1m mb b1 11 1/ / /r rg gM1襯偏襯偏效應(yīng)的等效應(yīng)的等效電阻效電阻M1襯

41、偏襯偏效應(yīng)的等效應(yīng)的等效電阻效電阻源跟隨器與共源放大器的級(jí)聯(lián)源跟隨器與共源放大器的級(jí)聯(lián)1. 僅有僅有CS 放大器，放大器， M1工作在飽和區(qū)時(shí)工作在飽和區(qū)時(shí): VXVonM1=Vin-VTH12. 加上源跟隨器后，加上源跟隨器后， M3工作在飽和區(qū)時(shí)工作在飽和區(qū)時(shí): VX VGS2+VonM3= VGS2+(Vb-VTH3)用作電平移動(dòng)的源跟用作電平移動(dòng)的源跟隨器會(huì)消耗電壓余度隨器會(huì)消耗電壓余度(減小輸出擺幅減小輸出擺幅)P-SUB上沒(méi)有體效應(yīng)的上沒(méi)有體效應(yīng)的PMOS源跟隨器源跟隨器源級(jí)跟隨器小結(jié)源級(jí)跟隨器小結(jié)源級(jí)跟隨器的源級(jí)跟隨器的AV1，因輸出電阻較大，一，因輸出電阻較大，一般只用來(lái)驅(qū)動(dòng)小

42、電容般只用來(lái)驅(qū)動(dòng)小電容(或高阻或高阻)負(fù)載，不宜負(fù)載，不宜用來(lái)驅(qū)動(dòng)低阻、大電容負(fù)載。用來(lái)驅(qū)動(dòng)低阻、大電容負(fù)載。源級(jí)跟隨器的最可能的應(yīng)用是用來(lái)構(gòu)成電源級(jí)跟隨器的最可能的應(yīng)用是用來(lái)構(gòu)成電平位移電路。平位移電路。驅(qū)動(dòng)低阻、大電容負(fù)載常用襯底驅(qū)動(dòng)低阻、大電容負(fù)載常用襯底NPN (PNP)構(gòu)成射極跟隨器來(lái)驅(qū)動(dòng)。構(gòu)成射極跟隨器來(lái)驅(qū)動(dòng)。例例3.9 源極跟隨器的應(yīng)用源極跟隨器的應(yīng)用在所關(guān)心的頻率下在所關(guān)心的頻率下C1交流交流短路，求短路，求AV？M1工作在工作在飽和區(qū)時(shí)，輸入端允許的飽和區(qū)時(shí)，輸入端允許的最大直流電平為多少？最大直流電平為多少？為了允許接近為了允許接近VDD的輸入的輸入直流電平，電路改為直流電

43、平，電路改為(b)圖圖所示，所示，M1、M3的柵源電的柵源電壓應(yīng)滿足什么樣的關(guān)系才能保證壓應(yīng)滿足什么樣的關(guān)系才能保證M1個(gè)工作在飽和區(qū)？個(gè)工作在飽和區(qū)？AV=-gm1r01/r02/(1/gm2)VinmaxVDD-|VGS2|+VTN若若Vin=VDD，則，則VX=VDD-VGS3，要保證，要保證M1工作在飽和區(qū)，工作在飽和區(qū)，則有：則有：VDD-VGS3-VTNVDD-|VGS2|，即，即VGS3+VTN |VGS2|共柵放大器共柵放大器D Dm mD Dm mb bm mv v) )R R( (1 1g g) )R Rg g( (g gA AD Do oS So om mb bm mo

44、ou ut t| | |R R r r R R) )r rg g( (g g 1 1R R直接耦合的共柵級(jí)直接耦合的共柵級(jí)電容耦合的共柵級(jí)電容耦合的共柵級(jí)輸入輸入輸出特性輸出特性共柵放大器的輸入電阻共柵放大器的輸入電阻X XD D0 0D DX Xm mm mb b0 0m mm mb b0 0m mm mb bV VR R + +r rR R1 1= =+ +I I1 1+ +( (g g + +g g ) )r r( (g g + +g g ) )r rg g + +g gRDIX+r0IX-(gm+gmb)VX=VX若若= 0，Rin=1/ (gm+gmb)，輸入呈現(xiàn)低阻抗特，輸入呈現(xiàn)低

45、阻抗特征征RD 減小了減小了(gm+gmb)r0倍倍！呈現(xiàn)出阻抗變換特性！呈現(xiàn)出阻抗變換特性！共柵放大器阻抗變換特性的應(yīng)用共柵放大器阻抗變換特性的應(yīng)用 假定傳輸線的特征阻抗為假定傳輸線的特征阻抗為 50 假設(shè)假設(shè) =0, 則漏電流的變化則漏電流的變化gm1VX都是從都是從RD抽取的，抽取的，故兩個(gè)電路的增益都是故兩個(gè)電路的增益都是 AV -gmRD. 為使結(jié)點(diǎn)為使結(jié)點(diǎn)X處的反射最小，傳輸線的負(fù)載阻抗必須等于其處的反射最小，傳輸線的負(fù)載阻抗必須等于其特征阻抗。特征阻抗。RD 50時(shí)，時(shí)，(a) 一定存在波反射，一定存在波反射，(b)中選則中選則合適的合適的M1就可使就可使RinM2=1/ (gm

46、+gmb)=50,從而消除波反從而消除波反射射!共柵放大器的輸出電阻共柵放大器的輸出電阻 ) )R Rg g( (g g 1 1r rr r R R) )r rg g( (g g 1 1R RS Sm mb bm mo oo oS So om mb bm mO OU UT Tr ro oS SX Xm mb bS SX Xm mr ro ob bs sm mb b1 1m mX XI IR RI Ig g) )R RI I( (g gI IV Vg gV Vg gI IS SX XX XS Sm mb bm mX Xo oX XR RI I) )I I) )R Rg g( (g g( (I I

47、r rV VRS為信號(hào)源內(nèi)阻為信號(hào)源內(nèi)阻共柵放大器的輸出電阻很大，約為共柵放大器的輸出電阻很大，約為r0的的1+(gm+gmb)RS 倍倍! 理解這一點(diǎn)是理解共源共柵電路的基礎(chǔ)。理解這一點(diǎn)是理解共源共柵電路的基礎(chǔ)。共柵放大器的增益共柵放大器的增益AVD DD DS SS So ombmbm mo oo ombmbm mv vR RR RR RR R)r)rg g(g(gr r1 1)r)rg g(g(gA A共柵放大器增益共柵放大器增益AV的討論的討論D DD DS SS So om mb bm mo oo om mb bm mv vR RR RR RR R) )r rg g( (g gr r

48、1 1) )r rg g( (g gA AS Sm mb bm mD Dm mb bm mv v) )R Rg g( (g g) )R Rg g( (g gA A1limr0這同帶源級(jí)負(fù)反饋電阻這同帶源級(jí)負(fù)反饋電阻RS的的CS增增益益,只是符號(hào)相反只是符號(hào)相反,給出直觀解釋給出直觀解釋00rr1lim) )g g( (g g) )g g( (g gA Am mb bm mm mb bm mv vRD這同帶恒流源負(fù)載的這同帶恒流源負(fù)載的CS增益增益,只是符號(hào)相反只是符號(hào)相反,給出直觀解釋給出直觀解釋共柵放大器小結(jié)共柵放大器小結(jié)Ai1，AV=gm(RD /r0) ，AV同同CS放大器相放大器相當(dāng)當(dāng)

49、輸入阻抗低，有阻抗變換特性。輸入阻抗低，有阻抗變換特性。輸出阻抗高，可用于提高增益和構(gòu)成高性能輸出阻抗高，可用于提高增益和構(gòu)成高性能恒流源。恒流源。由于沒(méi)有密勒效應(yīng)，頻帶最寬，常同由于沒(méi)有密勒效應(yīng)，頻帶最寬，常同CS聯(lián)合聯(lián)合構(gòu)成構(gòu)成CSCB放大器，用于高速運(yùn)放作差分輸放大器，用于高速運(yùn)放作差分輸入放大級(jí)。入放大級(jí)。共源共柵（共源共柵（ Cascade ）放大器）放大器輸入輸入輸出特性輸出特性為什么為什么VXmax=Vb-VT2？Vin時(shí)，時(shí)，M1、M2誰(shuí)先進(jìn)入線性區(qū)？誰(shuí)先進(jìn)誰(shuí)先進(jìn)入線性區(qū)？誰(shuí)先進(jìn)入線性區(qū)對(duì)恒流特性和輸出擺幅有何關(guān)系入線性區(qū)對(duì)恒流特性和輸出擺幅有何關(guān)系? 當(dāng)當(dāng) VX Vin VT

50、H1 時(shí)時(shí) M1 進(jìn)入線性區(qū)進(jìn)入線性區(qū) 當(dāng)當(dāng)Vout Vb VTH2時(shí)時(shí)M2進(jìn)入線性區(qū)進(jìn)入線性區(qū) 容易分析，容易分析， Vb 較小時(shí)，較小時(shí)， M1比比M2先進(jìn)入線性區(qū)先進(jìn)入線性區(qū)共源共柵放大器的偏值條件共源共柵放大器的偏值條件M1 飽和時(shí)飽和時(shí): VX Vin VTH1， 即：即：Vb Vin VTH1 + VGS2 或：或： Vb Von1 + VGS2 M2 飽和時(shí)飽和時(shí): Vout Vb VTH2， 即即: Vout Von1 + VGS2 VTH2 或：或： Vout Von1 + Von2共柵管共柵管M2的增加雖然提高了從的增加雖然提高了從M2漏端看進(jìn)去的阻漏端看進(jìn)去的阻抗、改善了

51、放大器的頻率特性，但輸出電壓擺幅減抗、改善了放大器的頻率特性，但輸出電壓擺幅減小了一個(gè)大小等于小了一個(gè)大小等于M2的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓。這是靠犧牲的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓。這是靠犧牲擺幅來(lái)獲取帶寬和增益的提高。擺幅來(lái)獲取帶寬和增益的提高。共源共柵放大器的小信號(hào)等效電路共源共柵放大器的小信號(hào)等效電路1= 0， 2 = 0，20D Dm mb b2 2m m2 2o o2 2o o1 1D Do o2 2o o1 1o o2 2m mb b2 2m m2 2| | |R R) ) g g( (g gr r r r | | |R R r r r r) )r rg g( (g g 1 1R Ro ou ut t | |

52、|R R) ) g g( (g gr r r rg gA AD Dm mb b2 2m m2 2o o2 2o o1 1m m1 1V V例：求下圖電路的例：求下圖電路的AV(假定假定=0)1 1) )g g( (g gR R) )g g( (g gR RV Vg gg gg g1 1R RR RV Vg gI Im mb b2 2m m2 2P Pm mb b2 2m m2 2P Pi in nm m1 1m mb b2 2m m2 2P PP Pi in nm m1 1D D2 21 1) )g g( (g gR RR R) )R Rg g( (g gg gV VR RI IA Am mb

53、 b2 2m m2 2P PD DP Pm mb b2 2m m2 2m m1 1i in nD DD D2 2V VM1的小信號(hào)電流的小信號(hào)電流gm1Vin被被Rp和向和向M2源端源端看進(jìn)去的阻抗看進(jìn)去的阻抗1/(gm2+gmb2)分成兩部分，分成兩部分，故：故：因因Vout=ID2RD，所以：，所以：共源共柵放大器的輸出電阻共源共柵放大器的輸出電阻) )g g( (g gr rr r r r r r) )r rg g( (g g 1 1R Rm mb b2 2m m2 2o o2 2o o1 1o o2 2o o1 1o o2 2m mb b2 2m m2 2o ou ut t注意：左邊電

54、路的輸注意：左邊電路的輸出阻抗就是共源放大出阻抗就是共源放大器帶負(fù)反饋電阻器帶負(fù)反饋電阻RS的的的輸出阻抗的輸出阻抗上式表示共源共柵結(jié)構(gòu)具有很高的輸出阻抗，對(duì)提高上式表示共源共柵結(jié)構(gòu)具有很高的輸出阻抗，對(duì)提高放大器小信號(hào)增益、提高電路源的恒流特性十分有利放大器小信號(hào)增益、提高電路源的恒流特性十分有利恒流源負(fù)載的共源共柵放大器恒流源負(fù)載的共源共柵放大器) )g g( (g gr rr r r r r r) )r rg g( (g g 1 1R Rm mb b2 2m m2 2o o2 2o o1 1o o2 2o o1 1o o2 2m mb b2 2m m2 2o ou ut t) )g g(

55、 (g gr rr rg gA Am mb b2 2m m2 2o o2 2o o1 1m m1 1V V理想恒流源如何近似產(chǎn)生？理想恒流源如何近似產(chǎn)生？共源共柵（共源共柵（ Cascade ）放大器）放大器) ) g gr r( (r r| | |) )g gr r ( (r rg gA Am m3 3o o4 4o o3 3m m2 2o o2 2o o1 1m m1 1V V因因M1、M2的高輸出阻抗，欲得的高輸出阻抗，欲得高增益要求所帶負(fù)載也必須是高高增益要求所帶負(fù)載也必須是高輸出阻抗，故負(fù)載也常用共源共輸出阻抗，故負(fù)載也常用共源共柵電路源。柵電路源。用共源共柵電流源近似代替理想恒流源

56、用共源共柵電流源近似代替理想恒流源該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Vout能能“目測(cè)嗎目測(cè)嗎?為什為什么么?共源共柵電路靜態(tài)工作點(diǎn)不能共源共柵電路靜態(tài)工作點(diǎn)不能“目測(cè)帶來(lái)的問(wèn)目測(cè)帶來(lái)的問(wèn)題題CSCB恒流源負(fù)載用作差分輸入級(jí)的半電路時(shí)恒流源負(fù)載用作差分輸入級(jí)的半電路時(shí), ISS若因輸入共模電壓發(fā)生若因輸入共模電壓發(fā)生變化變化(Vin1=Vin2=Vincm)帶來(lái)溝道調(diào)制效應(yīng)帶來(lái)溝道調(diào)制效應(yīng)(ISS通常是以單通常是以單NMOS構(gòu)成的簡(jiǎn)構(gòu)成的簡(jiǎn)單恒流源單恒流源)導(dǎo)致導(dǎo)致ISS有一微小變化有一微小變化2ISS, 其靜態(tài)電壓其靜態(tài)電壓V01= V02因因(gm5r05r07)/ (gm3r03r01

57、)很大而變化一很大量很大而變化一很大量ISS(gm5r05r07)/ (gm3r03 r01) , 這將導(dǎo)致后級(jí)因此無(wú)法正常工作。該電路作為差分對(duì)的半邊電路時(shí)，這將導(dǎo)致后級(jí)因此無(wú)法正常工作。該電路作為差分對(duì)的半邊電路時(shí)，必需輔以穩(wěn)定必需輔以穩(wěn)定Vout靜態(tài)電壓的電路靜態(tài)電壓的電路(通常稱為共模反饋電路通常稱為共模反饋電路)才能正常工作！才能正常工作！ISS的微小變化會(huì)導(dǎo)致的微小變化會(huì)導(dǎo)致Vout靜態(tài)工作點(diǎn)的極大變化靜態(tài)工作點(diǎn)的極大變化M1M3M5M7半電半電路路VincmV01VinV02Rin= gm3r03r01Rin= gm5r05r07Vout= gm1gm3r03r01 / gm5r

58、05r07 VinV01(02)= gm3r03r01 / gm5r05r07 ISS2ISS靜態(tài)點(diǎn)不能靜態(tài)點(diǎn)不能“目測(cè)目測(cè)” 與能與能“目測(cè)的目測(cè)的差異差異二極管連接的二極管連接的MOS管用作差分輸入級(jí)的半電路時(shí)管用作差分輸入級(jí)的半電路時(shí), ISS若因輸入共模電壓若因輸入共模電壓Vin1=Vin2=Vincm發(fā)生變化帶來(lái)溝道調(diào)制效應(yīng)發(fā)生變化帶來(lái)溝道調(diào)制效應(yīng)(ISS通常是以單通常是以單NMOS構(gòu)成的構(gòu)成的簡(jiǎn)單恒流源簡(jiǎn)單恒流源)導(dǎo)致導(dǎo)致ISS有一微小變化有一微小變化2ISS, 其靜態(tài)電壓其靜態(tài)電壓V01= V02因因(1/gm5)/ (gm3r03r01) (1/gm5) 較小而變化一較小量較小

59、而變化一較小量ISS/gm5, 這比這比CSCB恒流源恒流源負(fù)載時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小的多。故該電路作為差分對(duì)的半邊電路時(shí)，勿需輔以穩(wěn)定負(fù)載時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小的多。故該電路作為差分對(duì)的半邊電路時(shí)，勿需輔以穩(wěn)定Vout靜態(tài)電壓的電路靜態(tài)電壓的電路(通常稱為共模反饋電路通常稱為共模反饋電路)就能正常工作！就能正常工作！ISS的微小變化會(huì)導(dǎo)致的微小變化會(huì)導(dǎo)致Vout靜態(tài)工作點(diǎn)的極大變化靜態(tài)工作點(diǎn)的極大變化M1M3M5M7V01VinV02Rin= gm3r03r01Rin= 1/gm5Vout= gm1/gm5 Vin gm1gm3r03r01 / gm5r05r07 VinV01(02)= ISS/gm5 gm3r03r01 / gm5r05r07 ISS2ISSVincm半電路半電路不能不能“目測(cè)時(shí)的變化目測(cè)時(shí)的變化量量增加增加L與采用共源共柵結(jié)構(gòu)來(lái)提高增益的比較與采用共源共柵結(jié)構(gòu)來(lái)提高增益的比較L LI I1 1I IL LW WC C2 2r rg gD DD DO OX Xn no om m假定假定ID不變，假設(shè)不變，假設(shè)(a)中中L變?yōu)樵瓉?lái)的變?yōu)樵瓉?lái)的4倍而倍而W保持不變，則保持不變，則Vonb=2Vona，與，與(b)中層疊的兩個(gè)中層疊的兩個(gè)MOS管消耗的電壓余度相管消耗的電壓余度相同同因因gmr0L1/2，L4倍的結(jié)果只是使倍的結(jié)果只是使gmr0兩倍，而兩倍，而(c)中共