第三章3.2-3.2.4基本放大单元电路 2.直流传输特性曲线 v↑ csoz+D2《Vp wos: spofc osi Vn VI GS(th) 区:<Vs(m,T截止,T2导通,in1=i2=0,A→A点 ②区:VGsmy<Vn,T1导通,T2导通,in1=i2>0(小),A'→B点 ③区:Vu<<V,T1及T2导通(饱和区),B→D ④区:>V12导通(可变电阻区),T2导通,D→N 第三章-3.2-3.2.4基本放大单元电路 三种放大电路传输特性的比较 vo/ 10 E/D 5 cMOSE/E /V 246 V 1 2
1 1 清华大学电子工程系李冬梅 2. 直流传输特性曲线 c区：νI <VGS(th)1，T1截止，T2导通，iD1 = iD2 = 0，A→A′点 d区：VGS(th)1< νI <VI1 ，T1导通，T2导通，iD1 = iD2 > 0(小)，A′→B点 e区：VI1<νI <VI2，T1及T2导通(饱和区)， B→D f区：νI >VI2，T1导通(可变电阻区)， T2导通，D→N A B 0 iD1 vDS1 D VGSQ1 N VGSQ2 -vDS2 iD2 V VCC VDSQ1 SDQ2 Q vO A VDD B 0 D vI A′ 1 3 4 VGS(th)1 VI1 VI2 2 T2 T1 v1 v0 VDD VG 第三章-3.2 -3.2.4 基本放大单元电路 2 清华大学电子工程系李冬梅 三种放大电路传输特性的比较 第三章-3.2 -3.2.4 基本放大单元电路 5 10 2 4 6 E/D CMOS E/E v1/V v0/V
第三章3.,2-3.2.4基本放大单元电路 4.共源-共栅组合放大电路( Cascode) (1)电路形式 (2)动态特性 电压增益Ay Ay=AVIAv? ≈ gilray∥(I/gmh) 输出电阻R。 R≈rdsy∥(1/gmb (3)电路的改进 3 第三章 33MOS管电流源 331耗尽型单管电流源(或结型) 无电阻型 ↓L DSS Q 忽略沟道长度调制效应 小 D Ro= Ta 加大
2 3 清华大学电子工程系李冬梅 4. 共源-共栅组合放大电路（Cascode） (1) 电路形式 (2) 动态特性 •电压增益AV AV =AV1AV2 ≈-gm1[rds3//( 1/ gmb3)] •输出电阻Ro Ro ≈ rds3//(1/gmb3) (3) 电路的改进 第三章-3.2 -3.2.4 基本放大单元电路 VDD V0 VG T1 T2 T3 T4 VDD V0 VG T1 T2 T3 T4 4 清华大学电子工程系李冬梅 3.3 MOS管电流源 ID i D vDS Q iD 0 vGS=0 IDSS O ds R = r 忽略沟道长度调制效应 D DSS I ≈ I 加大 小小 !! 第三章 3.3.1 耗尽型单管电流源(或结型) z 无电阻型
第三章3.3MOS管电流源 3.31耗尽型单管电流源(或结型)(续) 自生偏压型 耗尽型、R的大小 结型 调节ID d、的 R R+(-8n es)ras R R R+1 8m( 静态:D≈ K w 大 s or) 风2=R+Q+gnR)=(+gRy 第三章3.3MOS管电流源 332MOs基本电流源R2 T1、T2工作在饱和区 参数对称 Ⅴcs、相等 n,=l H VasI-Vasaw (1+\,VD 1m=0=H1(a-1+m)□ Oe,/L2(1+ pz2 (W,/L)(+AV 6
3 5 清华大学电子工程系李冬梅 z 自生偏压型 ID R (a) + _ V gs . gmV gs . I . I . V . R + _ rds (b) ( ) ( ) GS D GS GS off P D V RI V V L K W I = − ≈ − 2 2 静态: 耗尽型、 结型 耗尽型、 结型 R的大小 调节ID R的大小 调节ID ( ) ( ) O m ds m ds R = R + 1+ g R r ≈ 1+ g R r 大大!! 第三章-3.3 MOS管电流源 3.3.1 耗尽型单管电流源(或结型)（续） I IR I g V r I V R m gs ds O & & & & & & + ( − ) = = ds m gs r I g V R ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = + + & & ( ) 1 6 清华大学电子工程系李冬梅 3.3.2 MOS基本电流源 IR T1 T2 R r I0 ( ) ( ) ( ) 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 GS GS th DS p D R V V V L k W I = I = ⋅ − +λ ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 GS GS th DS p D O V V V L k W I = I = ⋅ − +λ ( ) ( ) 1 1 1 2 2 2 ( / ) 1 ( / ) 1 DS DS R O W L V W L V I I λ λ + + = T1、T2工作在饱和区 参数对称： VGS(th)、λ相等 第三章-3.3 MOS管电流源
第三章3.3MOS管电流源 R ·忽略沟道长度调制效 应,且w2L2 则:I=l-镜像电流源 W2/L2≠W1/L1 则 (W2/L2) (H: /L 1+ Aym) (W1/L1) 比例电流源 ≠0,V v+v DS2 1+V d s 2 则 + 已的产生:R有源负载 (1+ANsi 电流微小差别 第三章-3.3MOS管电流源 333威尔逊电流源 条件:gm2>g, 8ml-gm2-8 大 orgmrldslre T1上串接T4 使 消除沟道长度调 制效应
4 7 清华大学电子工程系李冬梅 第三章-3.3 MOS管电流源 IR T1 T2 Rr I0 ( ) ( ) 1 1 1 2 2 2 ( / ) 1 ( / ) 1 DS DS R O W L V W L V I I λ λ + + = • 忽略沟道长度调制效 应，且W2/L2=W1/L1 则：IO=IR----镜像电流源 • 忽略沟道长度调制效 应，且W2/L2=W1/L1 则：IO=IR----镜像电流源 • W2/L2 ≠ W1/L1 则： ----比例电流源 • W2/L2 ≠ W1/L1 则： ----比例电流源 O R I W L W L I ( / ) ( / ) 1 1 2 2 = • λ ≠ 0，VDS1 ≠ VDS2 则： ----电流微小差别 • λ ≠ 0，VDS1 ≠ VDS2 则： ----电流微小差别 R DS DS O I V λV I (1 ) (1 ) 1 2 +λ + = 2 2 2 2 2 1 D DS D A DS O ds λI λV I V V R r + = + = = •IR的产生：Rr •IR的产生：Rr---- ----有源负载 有源负载 8 清华大学电子工程系李冬梅 3.3.3 威尔逊电流源 T1 T2 T3 I I 0 R RO≈ gm1rds1rds3 条件：gm2 >> gds2, gm1rds1 >> 1, gm1 = gm2 = gm3 大！大！ T1上串接T4， 使VDS1=VDS2， 消除沟道长度调 制效应！ T1上串接T4， 使VDS1=VDS2， 消除沟道长度调 制效应！ 第三章-3.3 MOS管电流源 G3 D3 S3 G1, G2 D2 S1, S2 Vgs3 Vgs1 Vds1 Vds2 Vds3 gm1Vgs1 gm3Vgs3 gmb3Vbs3 rds2 rds1 rds3 1/gm2 V D1
第三章 34MOS差分放大电路 E/E型NMOS差放 差模:单边 等效电路 AD=-n,R1=-gm(m∥r) g 8m| ∥-∥ 8m3 8mb3 9 第三章3.4MOS差分放大电路 共模 R 单边等效电路 g, R=2 v R R
5 9 清华大学电子工程系李冬梅 3.4 MOS差分放大电路 差模：单边 等效电路 T3 vi1 vo VDD T4 vi2 T1 T2 T5 VG -VSS I T SS 3 vi1 vo VDD T1 ' AVD = −gm1RL g (r // r) = − m1 ds1 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = − ds3 m3 mb3 m1 ds1 // r g 1 // g 1 g r // m3 m1 g g ≈ − 第三章 E/E 型 NMOS 差放 10 清华大学电子工程系李冬梅 第三章-3.4 MOS差分放大电路 共模： 单边等效电路 T3 vi1 vo VDD T4 vi2 T1 T2 T5 VG -VSS ISS gmb1Vbs 1 G + - + - Vbs1 vi Vgs1 gm1Vgs1 RD R S D B RD vi1 R VDD T1 vO 5 3 2 1 ds m D R r g R = ≈