差动放大器精选PPT.ppt

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1、差动放大器第1页，此课件共45页哦n第三章学习了单级放大器电路的四种结构：共源结构、共栅结构、源跟随器(共漏结构)、以及共源共栅结构。它们是组成复杂电路的基本单元，并且上节课所学的结构是单端输入单端输出结构。第2页，此课件共45页哦单端 VS.差动工作方式n单端工作方式图图 4.1(a)单端信号单端信号图图 4.1(b)差动信号差动信号单端信号以某一固定电位为参考电位（通常为地电位)n差动工作方式:差动信号定义为两个节点电位之差，且这两个节点的电位相对于某个固定电位大小相等、极性相反，这个固定电位称为差动信号的共模电位。第3页，此课件共45页哦差分工作方式的特点n抗干扰能力强n对环境噪声具有更

2、强的抗干扰能力，如时钟的干扰 单端：由于两条线之间存在耦合电容，L2上的信号的跃变会损坏L1上的信号。差分：假设易受干扰的信号分成两个大小相等、相位相反的信号进行传输。时钟对L2和L3上的信号产生的干扰相同，从而使其差值差值保持不变。第4页，此课件共45页哦差分工作方式特点n对电源噪声同样具有更强的抗干扰能力图4.2(a)单端电路图4.2(b)简单差动电路VVVx-Vy=(Vx+V)-(Vy+V)=Vx-VyV第5页，此课件共45页哦差分工作方式特点n更大的输出摆幅图4.2(a)单端电路图4.2(b)简单差动电路输出摆幅：VDD-(VGS-VTH)VminVGS-VTHVmaxVDD输出摆幅：

3、2VDD-(VGS-VTH)第6页，此课件共45页哦差分工作方式特点第7页，此课件共45页哦简单的差动电路n简单的差分电路图4.3(a)简单差动电路图4.3(b)输入共模电压对输出的影响M1和M2的偏置电流随着输入共模电平的变化而变化输出共模电平也发生变化，将减小输出摆幅Id会引起：存在问题：第8页，此课件共45页哦基本差动对电路问题根源：问题根源：偏置电流随偏置电流随输入共模电平的变化而变输入共模电平的变化而变化化解决办法：解决办法：稳定偏置电流稳定偏置电流第9页，此课件共45页哦基本差动对电路跨导、增益、输出共模电平跨导、增益、输出共模电平不受输入共模电平的影响不受输入共模电平的影响Iss

4、=ID1+ID2ID=Iss/2Vin1=Vin2第10页，此课件共45页哦差动对大信号分析第11页，此课件共45页哦差动对的输入-输出特性第12页，此课件共45页哦共模分析M3饱和区第13页，此课件共45页哦共模分析M3饱和区M1/M2饱和区第14页，此课件共45页哦小信号差动增益与输入共模电平关系当Vin,CM大于VTH时，增益逐渐增大。在尾电流源进入饱和区（Vin,CMV1）后，增益相对保持恒定。最后，如果Vin,CM大而使输入晶体管进入了线性区（Vin,CM=V2)，增益则开始下降。M3线性区M1,M2线性区Iss第15页，此课件共45页哦定量分析n电流与输入电压的关系第16页，此课件

5、共45页哦定量分析n电流与输入电压的关系第17页，此课件共45页哦定量分析等效跨导与单管跨导相等 第18页，此课件共45页哦定量分析n平衡状态下电路的小信号增益第19页，此课件共45页哦定量分析n电流与输入电压的关系第20页，此课件共45页哦定量分析n电流与输入电压的关系第21页，此课件共45页哦定量分析n差分电路线性度问题1、当W/L减小时，Vin1增大，使两个晶体管都导通的输入电压范围增大，线性度变好 2、随着ISS的增加，输入范围和输出电流摆幅都增加，线性度变好 第22页，此课件共45页哦差动放大器的差分增益n叠加法求差分增益n半边电路法求差分增益第23页，此课件共45页哦叠加法求差分增

6、益n叠加定理叠加定理：在线性电路中，任一支路的电压(或电流)可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电压(或电流)的代数和。第一步：令Vin2=0，计算由输入信号Vin1产生的输出信号VX、VY以及其输出差分信号Vx-Vy。第二步：令Vin1=0，计算由输入信号Vin2产生的输出信号VX、VY以及其输出差分信号Vx-Vy。第三步：应用叠加定理，求得(Vin1-Vin2)与(VX-VY)的关系Av=第24页，此课件共45页哦叠加法求差分增益n计算由输入信号Vin1产生的输出信号VXRsvgsgmvgsIxIx第25页，此课件共45页哦带源级负反馈共源级叠加法求差分增益第26

7、页，此课件共45页哦RL开路电压UOC?等效电阻RIN?vgsgmvgsIxIxRD1叠加法求差分增益n计算由输入信号Vin1产生的输出信号VYVout第27页，此课件共45页哦源跟随器(共漏极）n小信号分析第28页，此课件共45页哦Vin11/gm1共栅极放大器共栅极放大器叠加法求差分增益第29页，此课件共45页哦共栅级小信号分析（计入晶体管的输出阻抗以及信号源的阻抗）第30页，此课件共45页哦叠加法求差分增益第二步：令Vin1=0，计算由输入信号Vin2产生的 输出信号VX、VYAv=第31页，此课件共45页哦第二种方法：半边电路法求差分增益n辅助定理如果如果Vin1从从V0变化到变化到V

8、0+Vin，Vin2从从V0变化到变化到V0-Vin，变化，变化过程大小相等、方向相反且电路仍然保持为线性，则过程大小相等、方向相反且电路仍然保持为线性，则VP的值的值保持不变保持不变(即为交流地即为交流地)详细的证明过程见详细的证明过程见P.95第32页，此课件共45页哦用半边电路法求差分增益差动电路在差分小信号作用下，满足上述辅助定理，差动电路在差分小信号作用下，满足上述辅助定理，VP值值不变，故在差分小信号等效电路中不变，故在差分小信号等效电路中P点可以看点可以看成交流地。成交流地。第33页，此课件共45页哦用半边电路法求差分增益与前面采用叠加法求得的差分增益一样！与前面采用叠加法求得的

9、差分增益一样！第34页，此课件共45页哦习题第35页，此课件共45页哦半边电路概念为分析全差动输入的对称差动对提供了一个强有力的方法。但是如果两个输入信号不是全差动的，情况又是如何？对差动信号和共模信号采用叠加法 第36页，此课件共45页哦 差动信号第37页，此课件共45页哦共模响应 当Vin，CM变化时，VX和VY的变化有多大？共模信号 第38页，此课件共45页哦差分电路共模响应如果电路完全对称且ISS为理想的电流源，则M1管和M2管从RD1和RD2抽取的电流都恰等于ISS/2，与Vin，CM无关。因此，VX和VY并不随着Vin，CM的变化而变化，消除了Vin，CM的影响差动放大器的一个重要

10、的特点:对共模扰动影响的抑制能力 第39页，此课件共45页哦非理想情况共模响应n实际上，电路既不可能完全对称，电流源的输出阻抗也不可能为无穷大。结果，共模输入的变化会或多或少地传递到输出端。n1、电路对称，而电流源具有有限的输出阻抗RSS当Vin，CM改变时，Vp也变化，因此使M1管和M2管的漏极电流增加，VX和VY减小。由于电路对称，VX=VY。共模增益为:第40页，此课件共45页哦非理想情况共模响应共模增益为:尾电流源有限的输出阻抗导致对称差动对产生一些共模增益。第41页，此课件共45页哦非理想情况共模响应2、电路不对称，输入共模变化会产生输出差模信号假设RD1RD，RD2RDRD，其中R

11、D表示电路的一个小的失配，而电路其余部分是对称的。第42页，此课件共45页哦非理想情况共模响应n差动对的共模响应取决于尾电流源的输出阻抗和电路的不对称性，并表现为两个方面的影响：对称电路的输出共模电平变化以及输入共模电压变化在输出端产生差模分量。为了说明差动放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数ADM与对共模信号到差模信号的放大倍数之比，称为共模抑制比，即单端输出第43页，此课件共45页哦为负载的差动对n第三章所讨论的共源级电路一样，差动对可以用二极管连接的MOS或者电流源作负载 第44页，此课件共45页哦共源共栅差动对共源共栅极大地增大了电路的差动增益，但其代价却是要消耗更多的电压余度 第45页，此课件共45页哦