实验三CMOS差动放大器设计
一、实验目的及任务
1、学习对简单差动放大器进行DC扫描、AC分析的方法。
2、学习仿真运放的相位裕度，输入输出共模范围，电源抑制比等性能指标。
二、实验相关知识
1、基本差动对的大信号分析
基本差动对如图(3.1)所示，我们有即若
假设电路是对称的，单的计算出有：
和
，则和
均工作在饱和区，且
，可以用也等于
。因此和
简，所以
。由于P点的电压既等于
对于平方率器件有：
有：
由式(3.1)和(3.3)可得
由上式可得
正如所期望的，
是
1
的奇函数，当时，
实验三CMOS差动放大器设计
下降为零。因为平方根项前的系数的增加快于平方根中值的减小，所
以当
从零逐渐增大时，
实际上(3.5)式是不正确的,因为此式是在来的。实际中，当
也逐渐增大。 和
都导通的情况下推导出电流就流经一个晶体管，管截止，有
以
超过某一限定值时，所有的
表示这一限定值，由于
而另一个晶体管截止。用及
。可以得到：
对于
式(3.6)中的态时
和
,管截止,式(3.5)不在成立。
是电路可以处理的最大差模输入，可以将
和平衡，得：
的过驱动电压联系起来。零差模输入时，
平衡态时的过驱动电压为不可避免的要增加
和
。如果要增加
的过驱动电压。对于给定的
使电路具有更好的线性，这一点只能靠减小
值（即晶体管跨导）来实现。
图3.1 差动对电路
2、基本差动对小信号分析
由式(3.5)可以得到在
时，可得
。既然
,可以写出平衡状态下电路的小信号差动
电压增益：
2
实验三CMOS差动放大器设计
由于电路工作在平衡态附近时，流过每个晶体管的电流为为
，
为
管和
，差模增益简化
管的跨导。下面用叠加法计算输出。图3.2中电路
有两个独立的信号驱动。
图3.2 小信号输入的差分对
令注意到
为零，找出
对X与Y 节点的影响(图3.3（a）)。为了得到
，
管构成了带有负反馈电阻共源级，负反馈电阻的阻值等于管源端看
进去的阻抗(图3.3（b）)。忽略二级效应，有(图3.3（c）)，以
及
图3.3 (a)检测一个输入信号的差动对；(b)将(a)视为带
(c)图(b)的等效电路
3
负反馈的共源级；
模拟CMOS集成电路_拉扎维_实验三
