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1、第四章 差分放大器1说明知识结构基本完整，有一些“设计”经验后，才能够对这门课有更好的认识通过对运放的学习，运用和理解前面所学的知识小信号等效电路很多同学不会画有些先修知识要靠大家课下抽时间去补MOS管的低频小信号等效电路MOS管的小信号模型是基础小信号等效电路MOS管的高频小信号等效电路在分析高频特性时才用到该模型小信号等效电路实例－带源极负反馈的放大级电阻做负载的共源级增益有非线性电阻值不能太大（否则摆幅小，或所占面积大）因此增益较小电阻做负载的共源级二极管接法的MOS管做负载的共源级线性度好，输出摆幅小，增
2、益不能太大（否则摆幅小、带宽小）二极管接法的MOS管做负载的共源级电流源做负载的共源级增益大电流源做负载的共源级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牺牲了增益带源极负反馈的共源级共漏级－源跟随器Rin大，Rout小，输出摆幅小，增益有百分之几非线性；PMOS管能消除体效应，提高线性度，但输出阻抗大；电压缓冲器、电压平移共漏级－源跟随器共漏级－源跟随器源跟随器输入输出特性呈现显著的非线性。为了缓解这一问题，可以用一个电流源代替电阻。电流源由工作在饱和区的NMOS管来实现。电路如
3、下图：共栅级Rin大，Rout小，增益高共栅级共源共栅级Rout大，高增益，屏蔽特性好不足：输出摆幅受一定影响共源共栅级第四章 差分放大器4.1单端与差动的工作方式单端信号的参考电位为一固定电位(常为地电位)差动信号定义为两个结点电位之差,且这两个结点的电位相对于某一固定电位大小相等,极性相反。在差动信号中,中心固定电位称为“共模”(CM)电平共模电平差动工作比单端工作有什么优点?定义：差模输入电压vID=v1-v2共模输入电压vIC=(v1+v2)/2v1=vIC+vID/2v2=vIC-vID/2用差分放大器
4、消除时钟噪声差动工作与单端工作相比,一个重要优势在于它对环境噪声具有更强的抗干扰能力!!单端工作时时钟大信号通过寄生电容干扰放大的小信号V01V02V01-V02极性相反的两路受干扰小信号,差动输出时干扰消除了!用差分放大器消除时钟噪声对称差动时钟大信号通过寄生电容耦合到小信号的噪声因极性相反而相互抵消差动工作还有什么优点?差分放大器的优点电源噪声对单端电路产生的干扰差动输出时电源噪声产生的干扰消除了差动信号的优点：1.能有效抑制共模噪声。2.增大了输出电压摆幅(是单端输出的两倍)。3.偏置电路更简单(差分对可以
5、直接耦和)、输出线性度更高。4.缺点是芯片面积和功耗略有增加,但绝对物有所值!如何放大一个差分信号？VX-Vy简单差动电路简单差动电路：将两条相同的单端信号路径结合起来,分别处理两个差动相位信号Vin1和Vin2当Vin1和Vin2存在很大的共模干扰各自的直流电平设置的不好时,随着共模电平VinCM变化,M1和M2的偏置电流会变化Vin1和Vin2是差动相位信号简单差动电路输入共模电平对输出的影响共模电平VinCM变化,M1和M2的偏置电流会变化,导致跨导和输出共模电平变化跨导变化会改变小信号增益,输出共模电平偏
6、离会降低最大允许输出摆幅,导致输出端出现严重失真应使M1和M2偏置电流受输入共模电平的影响尽可能小如何减小输入共模电平变化的影响呢?4.2基本差动对Vin1-Vin2足够负,M1截止,M2导通Vin1-Vin2足够正,M1导通,M2截止Vin1-Vin2相差不大时,M1和M2均导通4.2基本差动对Vin1=Vin2时,小信号增益(即斜率)最大基本差动对的重要特性差动对的两个重要特性:1.输出端的最大和最小电平是确定的(分别为VDD和VDD-RDISS)。与共模输人电平无关。2.Vin1=Vin2时,小信号增益最大
7、,随着
8、Vin1-Vin2
9、的增加而逐渐减小到零。也就是说,随着输入电压摆幅的增大,电路变得更加非线性。当Vin1=Vin2时,我们说电路处于平衡状态,即静态。基本差分对的共模特性—Vin,CMVin,CM=0,M1，M2截止，Id3=0，Vout1=Vout2=VddVin,CM↑Vin,CM>Vth时M1，M2饱和导通,M3等效为电阻，Vin,CM足够大，M3饱和：Vin,CM≥VGS1+（VGS3-VTH3）Vin,CM继续变大，M1，M2进入线性区：Vin,CM≥Vout1+VTH=VDD-RDISS/2
10、+VTH基本差分对的共模特性—Vin,CMVinCMmin为保证M1和M2饱和,VinCMmin=?,VinCMmax=?当VP≤Vb-VTN时,M3工作在线性区,等效于一个小电阻基本差分对的共模输入范围(M3饱和要求)(M1饱和要求)ISS差动对小信号差动增益与共模输入电平的关系VinCMmaxVinCMmin产生ISS的MOS管线性M1和M2线性共模输入电压与输出摆幅
