输出电压摆幅-Read.PPT

第三章单级放大器 模拟电路设计的八边形法则 模拟设计的小信号概念(1) 模拟设计的小信号概念(2) 模拟设计的小信号概念(3) 模拟设计的小信号概念(例) MOS管的小信号电阻r0 3.2.1采用电阻负载的共源级(CS) 采用电阻负载的共源级(CS) 电阻负载共源级的ID(Vin)、gm（Vin） 电阻负载共源级的小信号等效电路 简单CS放大器的设计参数 电阻负载CS放大器设计参数的制约关系 二极管连结MOS管的工作状态 二极管连接的MOS管的小信号等效电阻 二极管连接的MOS管小信号阻抗 MOS二极管连接负载的共源极 MOS二极管连接负载的共源极（ λ＝0 ） MOS二极管连接负载的共源极(例1) 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! MOS二极管连接负载的共源极 MOS二极管连接负载的共源极(例2) 求上例中Vinmax=? (例3) 具有阶跃偏置电流的二极管连接器件 MOS二极管连接共源极的最大输出电压 MOS二极管连接共源极的最大输出电压 MOS二极管连接负载共源极的小结 增益AV?[(W/L)1/(W/L)2]1/2 = Von2/ Von1。 增益AV不高(一般10)，且输入、输出摆幅小，这一特点限制了它的应用。 它的优点是跨导gm与电流ID无关，放大器的线性特性好，大信号下也如此。二极管连接的MOS管常用来构成有源电流镜。 有改善AV不高、输出摆幅小这一缺点的电路，但效果不是特别明显。 MOS二极管连接负载的共源极(例4) 采用电流源负载的共源级 电流源负载共源级的输出电压摆幅问题 采用电流源负载共源级的AV 问题: 静态工作点Vout如何计算? 电流源负载共源级的静态点问题(1) 静态点不能“目测”带来的问题(1) 静态点不能“目测” 与能“目测”的差异 工作在线性区的MOS负载的共源级 工作在线性区的MOS负载的共源级 M2 导通需满足: Vb-VDD≤VTH2, 即 Vb≤VDD+VTH2 M2 工作在线性区需满足: Vout-VDD≤Vb-VDD-VTH2, 即 Vb≥Vout+VTH2 M2工作在深线性区需满足: 2(Vb-VDD-VTH2) Vout-VDD,即: VbVDD/2+VTH2+Vout/2 Vb 、 (W/L)2 还应满足 Ron2 大小的要求 CS放大器小结 带电阻负载的CS增益AV=-gmRD, 因RD↑, 芯片版图面积↑, 且噪声↑,输出摆幅↓,故难于获得高增益, 但因电阻的匹配好, 常用于作低失调放大器的差分输入级。 带MOS二极管连接负载的CS增益AV=-gm1/ gm2 ,因摆幅、带宽、芯片版图面积等原因难于获得高增益, 因此用得较少。 带恒流源负载的CS增益AV=-r01// r02 ,因高增益与输出摆幅没有不可避免的矛盾,故用得最多,用作差分输入级的半电路时需共模反馈电路以稳定静态直流工作点。 由于存在密勒效应，频带一般，常同CB联合构成CS—CB放大器，用于高速运放作差分输入放大级。 辅助定理 带负反馈的共源级的等效跨导Gm 共源极的输出电阻Rout 带负反馈的共源级(λ≠0，γ≠0) 恒流源负载、带源极负反馈的增益 带源级负反馈电阻的CS放大器小结 因引入负反馈电阻RS , AV ?, 输入线性范围?,常在高线性的V/I变换电路中用作差分输入级的半电路。 因输出阻抗较高, 利用该特性可在MOS管的源级加入负反馈电阻以构成高性能电流源。 因负反馈电阻RS的引入, 输出电压允许的最小值增加, 即输出摆幅?。即因此多消耗了一些电压余度。 源极跟随器的输出电阻 源极跟随器的输出电阻(例) 习题2.2：W/L=50/0.5，ID=0.5mA，求gm 驱动低阻、大电容负载的A类BiCMOS输出级 恒流源偏值源极跟随器的增益 恒流源负载的源极跟随器 例3.8：计算下图电路的电压增益AV 源跟随器与共源放大器的级联 P-SUB上没有体效应的PMOS源跟随器 源级跟随器小结 源级跟随器的AV≤1，因输出电阻较大，一般只用来驱动小电容(或高阻)负载，不宜用来驱动低阻、大电容负载。 源级跟随器的最可能的应用是用来构成电平位移电路。 驱动低阻、大电容负载常用衬底NPN (PNP)构成射极跟随器来驱动。 例3.9 源极跟随器的应用 共栅放大器 共栅放大器的输入电阻 共栅放大器阻抗变换特性的应用 共栅放大器的输出电阻 共栅放大器的增益AV 共栅放大器增益AV的讨论 共栅放大器小结 Ai≈1，AV=gm(RD //r0) ，AV同CS