第3章单级放大器(二)

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1、模拟集成电路原理第3章 单级放大器董刚微电子学院12上一讲放大器基础知识电阻做负载的共源级增益有非线性，电阻精度差或面积大A v = g m R D西电微电子学院董刚模拟集成电路设计3上一讲二极管接法的MOS 管做负载的共源级线性度好，输出摆幅小，增益不能太大（否则摆幅小、带宽小）Av = (W / L)1 1(W / L)2 1 + A v = n (W / L ) 1 p (W / L ) 2西电微电子学院董刚模拟集成电路设计4上一讲电流源做负载的共源级增益大Av = gm ro1 | ro2西电微电子学院董刚模拟集成电路设计 W 5上一讲深线性区MOS管做负载的共源级输出摆幅大（可以为V

2、DD）得到精准的Ron2比较困难；受工艺、温度变化影响比较大，产生稳定、精确的Vb比较难RON 2 =nCox L 21(VDD Vb | VTHP |)Av = gm RON2西电微电子学院董刚模拟集成电路设计6上一讲带源极负反馈的共源级Rs使Gm和增益变为gm的弱函数，提高线性度输出电阻大ROUT = 1 + (gm + gmb )ro RS + ro牺牲了增益A v = G m R D= g m R D1 + g m R S西电微电子学院董刚模拟集成电路设计VX 1Rout = =7如何求“从M1源端看进去的电阻”？QV1 = VX , IX gmVX gmbVX = 0IX gm +

3、gmb求从“？端看进去的电阻”，用同样方法西电微电子学院董刚模拟集成电路设计8本讲共漏级源跟随器共栅级共源共栅级折叠共源共栅级手算时器件模型和公式的选择西电微电子学院董刚模拟集成电路设计9源跟随器大信号特性西电微电子学院董刚模拟集成电路设计10源跟随器小信号特性增益西电微电子学院董刚模拟集成电路设计Av =11111源跟随器增益随Vin的变化Vout=1V时，时，=0.163 (当g m RS 足够大时)g m RS1 + ( g m + g mb ) RS1 + g m RS1+ (1 +g mbg m=) =1+ (1 + )g m RS2 2F +VSB西电微电子学院董刚模拟集成电路设计

4、Av =11112源跟随器增益的非线性Vout=1V时，时，=0.163 (当g m RS 足够大时)g m RS1 + ( g m + g mb ) RS1 + g m RS1+ (1 +g mbg m=) =1+ (1 + )g m RS2 2F +VSB西电微电子学院董刚模拟集成电路设计=v13源跟随器提高增益的线性度Av =gmRS gm gm1+ (gm + gmb)RS 1 + (gm + gmb) gm + gmbRS(当RS = 时)仍存在非线性，因为（）gmb随Vin的变化而改变。A = 1源随器通常有百分之几的非线性 1+西电微电子学院董刚模拟集成电路设计14源跟随器提高增

5、益的线性度采用PMOS管做源随管，消除体效应小信号等效电路Av =gm1(rO1 rO1)1+ gm1(rO1 rO1)提高了线性度输出电阻比NMOS管的大西电微电子学院董刚模拟集成电路设计gmbAv = 1gm115源跟随器考虑rO和RL后的增益1| ro1 | ro2 | RL| ro1 | ro2 | RL +gmb西电微电子学院董刚模拟集成电路设计16源跟随器小信号特性RinIinRin =VinI in低频下，Iin=0，因此，因此，Rin=西电微电子学院董刚模拟集成电路设计()17源跟随器小信号特性RoutRout=1g m + g mb输出电阻小驱动低阻负载时的阻抗转换电路VTH

6、 = VTH 0 + 2F + VSB 2F西电微电子学院董刚模拟集成电路设计A v =18源跟随器PMOS管做源随管采用PMOS管做源随管，能消除体效应g m 1 ( rO 1 rO 1 ) 提高了线性度1 + g m 1 ( rO 1 rO 1 ) 源-衬寄生电容降低带宽西电微电子学院董刚模拟集成电路设计19源跟随器PMOS管做源随管采用PMOS管做源随管，能消除体效应在相同W/L和ID情况下，比NMOS管的大管的大R out=1g mrO 1 r O 2 1g mR out , NMOS =g m1+ g mb西电微电子学院董刚模拟集成电路设计20源跟随器摆幅问题源跟随器会使信号直流电平

7、产生VGS的平移，降低信号摆幅保证M1工作在饱和区VX VGS1 VTH保证M2、M3都工作在饱和区V X (VGS 3 VTH ) + VGS 2西电微电子学院董刚模拟集成电路设计21源跟随器主要应用电压缓冲器输入阻抗大，输出阻抗小。在高输出阻抗电路（如电流源负载的共源级）驱动低阻负载时，插入源随器做电压缓冲级，实现阻抗转换电压平移电路VGS = VTH + VOV =2ICOXWL西电微电子学院董刚模拟集成电路设计22本讲共漏级源跟随器共栅级共源共栅级折叠共源共栅级手算时器件模型和公式的选择西电微电子学院董刚模拟集成电路设计23共栅级简介源端输入直流耦合，交流耦合西电微电子学院董刚模拟集成

8、电路设计饱和区1WL24共栅级大信号特性VbVTH线性区截止区饱和区时 Vout= VDD n COX2(Vb Vin VTH )2 R D西电微电子学院董刚模拟集成电路设计1WL25共栅级小信号特性增益Vout= VDD n COX2(Vb Vin VTH )2 R D求Vout / Vin，得：Av = g m (1 + ) RD从小信号等效电路可得到相同结果体效应使跨导增大西电微电子学院董刚模拟集成电路设计RD26共栅级考虑rO和RS影响后的增益根据基尔霍夫电流定律，列 Av =方程组可解得(gm + gmb )ro + 1ro + (gm + gmb )ro RS + RS + RD西

9、电微电子学院董刚模拟集成电路设计27共栅级实例1求增益思路：利用戴维宁定理（等效电压源定理），把输入信号转换为带内阻的电压源的形式；再利用已知的Av公式Av =(gm + gmb )ro + 1ro + (gm + gmb )ro RS + RS + RDRD西电微电子学院董刚模拟集成电路设计28共栅级实例1求增益西电微电子学院董刚模拟集成电路设计1 129共栅级实例1求增益Vin ,eq =rO11rO1g mb1+g mb1 g m1VinReq = rO11g mb11g m1将结果带入右式中即可Av =(gm + gmb )ro + 1ro + (gm + gmb )ro RS + R