ch03单级放大器[精].ppt

例：设Kn＝2Kp（Kn＝μnCox）， λ p ＝ 2 λn ，每个电路偏值电流相等。设每个管的W/L相等且均工作在饱和区。确定哪个或哪些电路具有下列特性： 1.最高小信号电压增益； 2.最低小信号电压增益； 3.最高小信号输出电阻； 4.最低小信号输出电阻 ； 5.最低功耗；6.最大Vout； 7.最小Vout； 8.最高f3dB 共源共栅放大器小结 结合了CS、CB放大器的优点，Ai、AV较大且频带宽。 输出电压摆幅因层叠的MOS管而有所损失，在低电源电压运用中这是致命的。 在低电源电压电路中共源共栅结构因要消耗过多的电压余度运用较少，此时需多级CS放大才能达到需要的增益，这会给放大器的补偿带来更大困难。 本章基本要求 掌握带电阻负载的CS放大器的设计参数间的折衷关系。 掌握恒流源负载的CS放大器增益与摆幅、速度、带宽之间的折衷关系。 理解MOS源跟随器为什么不能用作驱动低阻、大电容负载的原因。 理解CB放大器的阻抗变换特性、CS—CB结构的屏蔽特性及其输出阻抗大的特点及增益与摆幅的折衷关系。 理解记忆MOS二极管的小信号等效阻抗、MOS基本恒流源、共源共栅恒流源的输出电阻，会用小信号等效电路求简单电路的AV、Rin、Rout。 * 恒流源负载的源极跟随器 λ1≠ 0， λ2 ≠ 0，γ1≠0 输出端视在输入阻抗 此项始终不变 例3.8：计算下图电路的电压增益AV 输出端视在输入阻抗 λ1≠ 0, λ2 ≠ 0 从M2源端看进去的阻抗为： γ1≠0, γ2≠0 从M1源端看进去的阻抗为： M1衬偏效应的等效电阻 M1衬偏效应的等效电阻 源跟随器与共源放大器的级联 1. 仅有CS 放大器， M1工作在饱和区时: VX≥VonM1=Vin-VTH1 2. 加上源跟随器后， M3工作在饱和区时: VX ≥ VGS2+VonM3= VGS2+(Vb-VTH3) 用作电平移动的源跟随器会消耗电压余度(减小输出摆幅) 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 在所关心的频率下C1交流短路，求AV？M1工作在饱和区时，输入端允许的最大直流电平为多少？ 为了允许接近VDD的输入直流电平，电路改为(b)图所示，M1、M3的栅源电 压应满足什么样的关系才能保证M1个工作在饱和区？ AV=-gm1[r01//r02//(1/gm2) Vinmax≤VDD-|VGS2|+VTN 若Vin=VDD，则VX=VDD-VGS3，要保证M1工作在饱和区，则有： VDD-VGS3-VTN≤VDD-|VGS2|，即VGS3+VTN≥ |VGS2| 共栅放大器 直接耦合的共栅级 电容耦合的共栅级 输入——输出特性 共栅放大器的输入电阻 RDIX+r0[IX-(gm+gmb)VX]=VX 若λ= 0，Rin=1/ (gm+gmb)，输入呈现低阻抗特征 RD 减小了(gm+gmb)r0倍！呈现出阻抗变换特性！ 共栅放大器阻抗变换特性的应用 假定传输线的特征阻抗为 50? 若 λ=γ=0, 则漏电流的变化gm1△VX都是从RD抽取的，故两个电路的增益都是 AV≈ -gmRD. 为使结点X处的反射最小，传输线的负载阻抗必须等于其特征阻抗。RD≠ 50?时，(a) 一定存在波反射，(b)中选则合适的M1就可使RinM2=1/ (gm+gmb)=50?,从而消除波反射! 共栅放大器的输出电阻 RS为信号源内阻 共栅放大器的输出电阻很大，约为r0的[1+(gm+gmb)RS ]倍! 理解这一点是理解共源共栅电路的基础。 共栅放大器的增益AV 共栅放大器增益AV的讨论 r0→∞ 这同带源级负反馈电阻RS的CS增益,只是符号相反,给出直观解释 RD→∞ 这同带恒流源负载的CS增益,只是符号相反,给出直观解释 共栅放大器小结 Ai≈1，AV=gm(RD //r0) ，AV同CS放大器相当 输入阻抗低，有阻抗变换特性。 输出阻抗高，可用于提高增益和构成高性能恒流源。 由于没有密勒效应，频带最宽，常同CS联合构成CS—CB放大器，用于高速运放作差分输入放大级。 共源共栅（ Cascade ）放大器 输入——输出特性 为什么VXmax=Vb-VT2？ Vin↑时，M1、M2谁先进入线性区？谁先进入线性区对恒流特性和输出摆幅有何关系? 当 VX Vin – VTH1 时 M1 进入线性区 当Vout Vb – VTH2时M2进入线性区 容易分析， Vb 较小时， M1比M2先