131011第03章 单极放大器01.ppt

电子工程学院 二极管连接的MOS管的小信号等效电阻 二极管连接的MOS管从源极看进去的小信号等效电阻： （b：衬底） 常用公式 考虑体效应，从源级看过来，阻抗减小 电子工程学院 二极管连接的MOS管小信号阻抗 Rin 对于图(c) 对于图(a)、(b) (a) (b) (c) λ=0时同(a)、(b) 电子工程学院 Ch. 3 # * MOS二极管连接负载的共源极 NMOS负载时，考虑等效输出阻抗,λ≠0，γ≠0 PMOS负载时，考虑等效输出阻抗, λ≠0，γ=0 Rin=[1/(gm2+gmb2)]//r02 Rin=(1/gm2)//r02 电子工程学院 Ch. 3 # * MOS二极管连接负载的共源极（ λ＝0 ） 增益与偏置电流无关，即输入与输出呈线性(大信号时也如此！) NMOS二极管 PMOS二极管 Rin≈1/(gm2+gmb2) Rin ≈ 1/gm2 Vbs≠0 Vbs=0 问题:ID1?0时，M2是工作在饱和区还是线性区? (后面讲述推导) 电子工程学院 Ch. 3 # * MOS二极管连接负载的共源极(例1) 则有： 通常： 于是： 若(W/L)2=1，则(W/L)11 ; (WL)1很大, 若(W/L)1=1，则(W/L)21, (WL)2也很大,无论如何，这都会导致要么输入寄生电容太大或输出寄生电容太大，从而减小3dB带宽。 相对而言，(W/L)21对带宽的影响比(W/L)11 要小 这体现了增益与速度(带宽)的矛盾! 若需AV=10 电子工程学院 MOS二极管连接负载的共源极 记Von=VGS-VTH表示MOS管的过驱动电压(Von越大,MOS管工作电流也越大),该式表明增益是两管过驱动电压之比，AV越大，Von2越大，Voutmax越小。 ∵ Von2= VDD- Vout - |VTPH | ∴ Vout= VDD- |VTPH | -Von2 过驱动电压Von 电子工程学院 假定 Von1 = VGS1-VTH1= Vin-VTH1 ≥ 0.2V Von2 =VGS2-VTH2= | AV | ?Von1 若要使AV=-10, 则 |VGS2| ≥ | AV | ?Von1+| VTH2 | = 2.7V ∵ |VDS2 | = | VGS2 | ≥ 2.7V 故 Vout=VDD- | VDS2 | ≤ 3-2.7=0.3V MOS二极管连接负载的共源极(例2) 设电源电压 VDD=3V, |VTHN|= |VTHP| =0.7V 考虑: Vin?, Vout ? 电子工程学院 联系到M1饱和要求: Vout= VDS1≥VGS1-VTH1 = Von1 =0.2V. 故Vout的变化范围仅有0.2V～0.3V，输出电压摆幅非常小。 MOS二极管连接负载的共源极(例2) 问题:显而易见,Vin?, Vout ?, 又∵ Vout≥Vin-VTH1 (M1饱和要求)故存在Vin max, 那么Vin max =? 电子工程学院 求上例中Vinmax=? (例3) 设电源电压 VDD=3V, | AV |=10, |VTHN|= |VTHP| =0.7V ∵ M1临界饱和时:Vout = Von1 = VGS1-VTH1= Vinmax-VTH1 又∵ |VGS2| = | AV | (Vinmax-VTH1) +| VTH2 | 且Vout + | VGS2 | = VDD ∴ (Vinmax-VTH1) (1+ | AV | ) +| VTH2 |= VDD ∴ Vinmax = (VDD - | VTH2 |) / (1+ | AV | ) + VTH1 ∴ Vinmax = (3 – 0.7) / (1+ 10 ) + 0.7=0.91V ∴ 0.7V=VTH1 Vin ≤ 0.91V 易见，M1的输入电压范围也很窄! 电子工程学院 Ch. 3 # * 具有阶跃偏置电流的二极管连接器件 若 I1 越来越小, VGS 越来越接近 VTH 过驱动电压接近于零 I1越来越接近 0时, 忽略漏电流的影响, 我们有： VGS≈VTH2, 因此 Vout≈VDD-VTH2 !!! 此即NMOS模拟开关传送高电平时的阈值损失特性 PMOS开关呢？情况又如何？ 在数字电路中,NMOS、PMOS 的栅极在开关导通时分别接“1”、“0”电平,截止时刚好相反,两种开关并联即构成CMOS传输门。 电子工程学院 Ch. 3 # * MOS二极管连接共源极的最大输出电压 若上图中M2的栅极接一个固定电压Vb结果又如何? M1截止 电子工程学院 Ch. 3 # * MOS二极管连接负载共源极的小结（重点） 增益AV