第三讲差动放大器与电流镜.pptVIP

第1页，共38页，星期日，2025年，2月5日第三讲差动放大器与电流镜1第2页，共38页，星期日，2025年，2月5日差动信号定义为两个节点电位之差，且该两个节点的电位相对于某一个固定电位大小相等，相位相反。差动信号2第3页，共38页，星期日，2025年，2月5日与单端工作相比，对环境噪声具有更强的抗干扰能力。差动工作特性3第4页，共38页，星期日，2025年，2月5日增大了可得到的最大电压摆幅。单端X、Y点的最大电压摆幅为Vout1＝VDD－（VGS－VTH），那么VX-VY的最大摆幅为2[VDD－（VGS－VTH）]。对共模信号具有很强的的抑制能力，对差模信号有很好的放大作用。4第5页，共38页，星期日，2025年，2月5日3.1基本差动对由两个cs放大器构成，分别处理两个差动信号输入共模电平若设定太低，会使输出严重失真输出直流电平受输入共模电平的变化影响较大偏置电流ID1+ID2＝ISS，它不依赖于输入共模电平，输出受输入共模电平的影响小。简单差动电路基本差动对5第6页，共38页，星期日，2025年，2月5日1、差模输入输出特性分析基本差动对假设Vin1－Vin2从－∞变化到＋∞：1）当Vin1比Vin2负得多，M1截止，M2导通，ID2=ISS，Vout1＝VDD，Vout2＝VDD-RDISS，Vout1-Vout2=RDISS2）当Vin1比较接近Vin2时，M1逐渐导通，RD1上有电流ID1，使Vout1下降，而ID2减小，Vout2上升。M1截止，M2导通M1导通，M1截止6第7页，共38页，星期日，2025年，2月5日3）当Vin1＝Vin2时，ID1=ID2＝ISS/2，Vout1＝Vout2＝VDD-RDISS/2。称为平衡状态。4）当Vin1比Vin2更正时，Vin1增加，ID1增加，ID2减小，Vout1下降，Vout2上升。对于足够大的Vin1－Vin2，ISS所有电流都只流经M1管，M2管截止，此时，Vout1＝VDD-RDISS，Vout2＝VDD。输出端的最大电平和最小电平是完全确定的，分别为VDD和VDD-RDISS小信号增益在Vin1＝Vin2时达到最大，随着|Vin1-Vin2|的增大而逐渐减小为零。斜率最大7第8页，共38页，星期日，2025年，2月5日2、共模特性令Vin1＝Vin2＝Vin,CM，Vin,CM从0变化到VDD。假设电路是对称的，Vout1＝Vout2。1）当Vin,CM=0时，M1、M2截止，ID1=ID2=0，ID3=0，Vb为高电位，M3处于深线性区，等效为一个电阻。Vout1＝Vout2＝VDD。2）当Vin,CMVTH时，M1、M2饱和导通，ID1、ID2增加，VP上升。对于足够高的Vin,CM，VP≥VGS3-VTH3，M3进入饱和区，ID1、ID2之和保持为常数。3）当Vin,CMVout1+VTH＝VDD-RDISS/2+VTH，M1、M2进入线性区。8第9页，共38页，星期日，2025年，2月5日共模特性Vin,CM允许的范围为(M1、M2、M3工作在饱和区）：Notice：（1）Vout的最小值为Vin,CM－VTH，输入共模电平越大，允许的输出电压摆幅越小。（2）差动对的电压增益是负载上压降VRD的函数，若VRD比较大，Vin,CM必须比较低以保证M1、M2工作在饱和区。9第10页，共38页，星期日，2025年，2月5日3、定量分析假设电路是对称的，M1、M2均工作在饱和区VP＝Vin1－VGS1＝Vin2－VGS2ID1-ID2是Vin1－Vin2的奇函数，当|Vin1-Vin2|从0逐渐增增大，|ID1-ID2|也逐渐增大。10第11页，共38页，星期日，2025年，2月5日等效跨导GmGm＝1）△Vin＝0，平衡状态，等效跨导达到最大值：与单个nmos管的跨导相同＝gm差动信号差动信号的小信号变化量平衡状态状态下小信号差动电压增益：M2几乎截止11第12页，共38页，星期日，2025年，2月5日同理，当△Vin-△Vin1，所有的ISS只流经M2，而M1截止。3）当△Vin＝△Vin1时，Gm＝02）当△Vin△Vin1时，所有的ISS只流经M1，而M2截止。实际可以处理的最大差模输入两个晶体管都导通12第13页，共38页，星期日，2025年，2月5日两种方法增加最大差模输入范围△Vin1，从而使电路线性度更好：（1）W/L减小时，△Vin1增加，使两个晶体管都导通的△Vin范围增加，电路线性度好；（2）ISS增加，输入电压范围和