拉扎维模拟集成电路精讲ppt第二讲单级放大器

1、第三章第三章 单级放大器单级放大器提纲2提纲 1、共源级放大器 2、共漏级放大器（源跟随器） 3、共栅级放大器 4、共源共栅级放大器基本概念非线性系统的输入输出特性：如果偏置点受到的扰动忽略（ ），则也就是输入增量与输出增量之间是线性关系： 01tx设计的多维优化共源级放大器51、共源级放大器 1.1 电阻做负载的共源级放大器 大信号分析cutoffactivetriode MOS管工作在饱和区时进一步增大Vin,直到VinVOUT+VTH（A点）：当VinVin1，MOS管工作在线性区：Vin增到足够高, 使MOS管工作深线性区：因为MOS管工作在饱和区时，所以，共源级放大器8 小信号分析大

2、信号分析 考虑沟道长度调制时，共源级放大器10 讨论n增益对信号电平的依赖关系导致了非线性共源级放大器11 1.2 MOS二极管连接做负载的共源级 MOS二极管连接二极管连接的阻抗为二极管连接的阻抗为 考虑体效应时共源级放大器12 增益 NMOS二极管连接做负载其中忽略了沟道长度调制效应大信号分析：忽略了沟道长度调制效应所以，两边对Vin微分根据 PMOS二极管连接做负载没考虑沟道长度调制效应共源级放大器15 讨论 增益与输入信号无关，是器件尺寸的弱函数。 高增益要求会造成集体管的尺寸不均衡。 允许的输出电压摆幅减小。共源级放大器16 1.3 电流源负载的共源级放大器 讨论 M2的输出阻抗与所

3、要求的M2的最小|VDS|之间联系较弱，因此对输出摆幅的限制较小。 ,所以，长沟器件可以产生高的电压增益。 由 ，知需要同时增加W、L，但这将引入更大的电容。考虑沟道长度调制， 1.4 工作在线性区的MOS为负载的共源级放大器M2栅压偏置在足够低的栅压偏置在足够低的电平，以保证电平，以保证M2始终工始终工作在深线性区。作在深线性区。 1.5 带源级负反馈的共源级放大器 大信号分析假设定义共源级放大器19 小信号直接分析方法这里，没有考虑体效应这里，没有考虑体效应和沟道长度调制效应和沟道长度调制效应 讨论增加源级负反馈电阻，使增益是gm的弱函数，实现线性的提高。线性化的获得是以牺牲增益为代价的。

4、DmoutSminRVgVRVgVV111观察增益大小看成 在漏极结点所看到的电阻在漏极结点所看到的电阻 除以 源极通路上的总电阻源极通路上的总电阻共源级放大器21 考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小信号模型为流过Rs的电流：源极对地的电压：所以，共源级放大器23 小信号等效分析辅助定理：在线性电路中，电压增益等于-GmRout，其中Gm表示输出与地短接时电路的跨导；Rout表示当输入电压为零时电路的输出电阻。线性电路的输出端口可用诺顿定理来等效，输出电压为-IoutRout，定义Gm=Iout/Vin，可得Vout=-GmVinRout。Gm?Rout?共源级放大器24 计算Gm由于

5、，所以因此，共源级放大器25 计算Rout流经ro的电流：得到所以，直接观察得到输出电阻：所以，共源级放大器27 计算AvAv=-Gm(Rout|RD)共漏级放大器282、共漏级放大器（源跟随器） 大信号分析当VinVTH时，M1处于截止状态，Vout等于零；Vin增大并超过VTH，M1导通进入饱和区；Vin进一步增大， Vout跟随Vin的变化，且两者之差为VGS。大信号分析两边对Vin求微分：inoutinTHVVVV注意到：所以共漏级放大器30 小信号分析考虑体效应 讨论 增益1，则Rout（gm2gmb2）rO1rO2，可见M2将M1的输出电阻提高了（gm2gmb2）rO2倍。 根据线

6、性电路电压增益等于-GmRout，增大Rout可以提 高增益。 计算， ，得到n比较两种提高增益的方法： 第一种是在给定偏置电流的情况下增大晶体管长度的共源级 第二种是采用共源共栅对于增大晶体管长度的共源级L增大四倍，电流不变，则过驱动电压增大两倍，与共源共栅一样L增大四倍，电流不变，增益只增大两倍共源共栅级放大器52n可用来构成恒定电流源。 高的输出阻抗提供一个接近理想的电流源。 采用PMOS的共源共栅结构，电流源的表现的输出阻抗为因此，而Gmgm1，所以，电压增益近似等于n消耗较大的电压余度，采用共源共栅电流源的共源共栅放大器的最大输出摆幅n 具有屏蔽特性。屏蔽输入器件，不受输出结点影响共源共栅级放大器53 折叠式共源共栅放大器 所谓“折叠”针对小信号电流。 为了获得相当的性能，折叠式共源共栅放大器的总偏置电流应该比共源共栅放大器的大。共源共栅级放大器54 大信号分析 如果VinVDD-|VTH1|，M1截止，电流I1全部通过M2，有Vout=VDD-I1RD 如果VinVDD-|VTH1|，M1开启处于饱和区， 随着Vin ，ID2，当ID1=I1时，ID20，有 当Vin下降到Vin1以下，ID1趋向大于I1，迫使M1进入线性区使ID1=I1。 在以上过程中，随着ID2下降，V