CMOS模拟集成电路设计ch3单级放大器实用.pptx

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1、分离器件构成的音频放大器1第1页/共35页用CMOS集成电路实现的音频放大器二者有哪些区别？2第2页/共35页3第3页/共35页3.1 共源级放大器电阻做负载的共源级放大器 大信号分析大信号分析cutoffactivetriodeMOS管工作在饱和区时管工作在饱和区时4第4页/共35页线性区时线性区时5第5页/共35页 小信号分析小信号分析6考虑沟道长度调制时，考虑沟道长度调制时，用小信号模型求解用小信号模型求解小信号增益小信号增益第6页/共35页输入电阻输入电阻：输出电阻：输出电阻：7第7页/共35页8练 习 第8页/共35页9第9页/共35页电阻做负载的共源级放大器的电阻做负载的共源级放大

2、器的缺点：缺点：优点：增益低，因为为了实现高增益，必须加大负载电阻，这增益低，因为为了实现高增益，必须加大负载电阻，这不仅占用了很大的版图面积，而且要求很高的电源电压，不仅占用了很大的版图面积，而且要求很高的电源电压，所以在低频模拟集成电路中很少采用。所以在低频模拟集成电路中很少采用。寄生电容和噪声比较小，适应于低增益高频放大器寄生电容和噪声比较小，适应于低增益高频放大器（如在（如在RF电路中得到广泛应用）电路中得到广泛应用）讨论：讨论：10第10页/共35页 MOS二极管连接做负载的共源级11小信号阻抗为小信号阻抗为nMOS二极管连接的小信号阻抗二极管连接的小信号阻抗第11页/共35页12考

3、虑体效应，求源极看进去的阻抗考虑体效应，求源极看进去的阻抗小信号阻抗为小信号阻抗为第12页/共35页二极管连接做负载的共源级增益其中其中NMOS二极管连接做负载二极管连接做负载13直观看电路，即可得出结论直观看电路，即可得出结论第13页/共35页没有体效应没有体效应PMOS二极管连接做负载二极管连接做负载n增益与输入信号无关！增益与输入信号无关！（线性度好）线性度好）n增益是器件尺寸的弱函数，因此增益是器件尺寸的弱函数，因此增益比较低增益比较低讨论：讨论：14第14页/共35页15例：为了达到例：为了达到10倍增益，倍增益，则，则(W/L)1=50(W/L)2因此为了达到因此为了达到10倍增益

4、，倍增益，M2的过驱动电压应该是的过驱动电压应该是M1的过驱动电压的的过驱动电压的10倍。若倍。若VGS1-VTH1=200mV，|VTH2|=0.7V，|VGS2|=2.7V，严重制约输，严重制约输出电压摆幅。出电压摆幅。n允许的输出电压摆幅减小允许的输出电压摆幅减小讨论（续）：讨论（续）：不能达到高增益的原因不能达到高增益的原因n器件大小失配器件大小失配第15页/共35页16这是改进的二极管连接放大器，提高了这是改进的二极管连接放大器，提高了放大倍数，保留了线性度好的特点。放大倍数，保留了线性度好的特点。第16页/共35页输出电阻输出电阻您能直观观察出来吗？您能直观观察出来吗？17第17页

5、/共35页18输出电压范围？输出电压范围？输入电压范围？输入电压范围？第18页/共35页电流源做负载的共源级19可以实现较高增益可以实现较高增益第19页/共35页同样大小的交流小信号电阻，用饱和区MOS管实现比用电阻实现不仅容易，而且消耗的电压余度要小得多20第20页/共35页输出摆幅输出摆幅思考：思考：随着放大倍数的随着放大倍数的提高，输入电压提高，输入电压范围越来越小，范围越来越小，我们真的能保证我们真的能保证输入信号在这么输入信号在这么小的范围内吗？小的范围内吗？21反馈第21页/共35页22电流增大，增益怎么变化？电流增大，增益怎么变化？第22页/共35页带源级负反馈的共源级放大器23

6、第23页/共35页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。跨导随着Vin的变化而变化，引入非线性对于一般的共源放大器24如果RS较大，第24页/共35页考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小信号模型为计算的复杂性大大增加计算的复杂性大大增加我们需要建立一种直观的联系来分析问题25第25页/共35页辅助定理：辅助定理：在线性电路中，电压增益等于在线性电路中，电压增益等于-GmRout，其中，其中Gm表示输出表示输出与地短接时电路的跨导；与地短接时电路的跨导；Rout表示当输入电压为零时电路表示当输入电压为零时电路的输出电阻。的输出电阻。Gm?

7、Rout?辅助定理的由来：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。26第26页/共35页计算Gm27第27页/共35页 计算Rout输出电阻增大了约 倍！28第28页/共35页 计算AvAv=-Gm(Rout|RD)结果看起来相当的复杂，实际问题的分析中往往不需要考虑体效应和沟调效应。29第29页/共35页Av=“在漏极节点看到的电阻在漏极节点看到的电阻”/“在源在源极通路上看到的电阻极通路上看到的电阻”这是一个经验结果，仅适合带源级负反馈的共源级这是一个经验结果，仅适合带源级负反馈的共源级的分析，但是这个结论可以极大地简化电路的分析。的分析，但是这个结论可以极大地简化电路的分析。30第30页/共35页从MOS源极看到的阻抗约等于漏端的电阻被大大衰减了，这个特性被称为阻抗变换特性证明如下：证明如下：第31页/共35页32练 习1第32页/共35页33练 习2第33页/共35页34MM1 1 acts as the input device and M acts as the input device and M2 2,M,M3 3 as the load.as the load.练 习3第34页/共35页35感谢您的欣赏！第35页/共35页