拉扎维模拟集成电路精讲第二讲单级放大器ppt课件.ppt

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1、第三章单级放大器提纲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7/29/20212提纲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：设计的多维优化1、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cutoffactivetriodeMOS管工作在饱和区时7/29/20215共源级放大器进一步增大Vin,直到Vin＝VOUT+VTH（A点）：当Vin>Vin1，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，小信号分析7/29/20

2、218共源级放大器大信号分析考虑沟道长度调制时，讨论增益对信号电平的依赖关系导致了非线性增大W/L、或增大VRD、或减小ID，都可以提高Av。但是，较大的器件尺寸，导致较大的器件电容。较高的VRD会限制最大电压摆幅。若VRD保持常数，减小ID，则必须增大RD，导致更大的输出节点时间常数。7/29/202110共源级放大器1.2MOS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7/29/202111共源级放大器增益NMOS二极管连接做负载其中忽略了沟道长度调制效应7/29/202112共源级放大器大信号分析：忽略了沟道长度调制效应所以，两边

3、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。例：为了达到10倍增益，，则(W/L)1=50(W/L)2在这个例子中，M2的过驱动电压应该是M1的过驱动电压的10倍。若VGS1-VTH1=200mV，

4、VTH2

5、=0.7V，

6、VGS2

7、=2.7V，严重制约输出电压摆幅。允许的输出电压摆幅减小。7/29/202115共源级放大器1.3电流源负载的共源级放大器讨论M2的输出阻抗与所要求的M2的最小

8、VDS

9、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

10、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，7/29/202116共源级放大器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电平，以保证M2始终工作在深线性区。1.5带源级负反馈的共源级放大器大信号分析假设定义小信号直接分析方法这里，没有考虑体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。7/29/202119共源级放大器观察增益大小看成在漏极结点所看到的电阻除以源极通路上的总电阻考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小信号模型为7/29/202121共源级放大器流过Rs的电

11、流：源极对地的电压：所以，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?7/29/202123共源级放大器计算Gm（考虑沟道长度调制及体效应)由于，所以因此，7/29/202124共源级放大器计算Rout流经ro的电流：得到所以，7/29/202125共源级放大器直接观察得到输出电阻：所以，计算AvAv=-Gm(Rout

12、

13、RD)7/2

14、9/202127共源级放大器2、共漏级放大器（源跟随器）大信号分析当Vin

15、漏级放大器采用电流源的源跟随器输出阻抗的计算：输出阻抗的计算：采用电流源的源跟随器戴维南等效小信号分析7/29/202134共漏级放大器考虑M1、M2的沟道长度效应，并驱动电阻负载，7/29/202135共漏级放大器讨论即使源跟随器采用理想电流来偏置，输入输出特性仍呈现一些非线性。将衬底和源连接在一起，就可以消除由体效应带来的非线性。对于N阱工艺，可采用PMOS来实现（左图）。源跟随器使信号直流电平产生VGS的移动，会消耗电压余度。例：右图中，若没有源跟随器，VX最小