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差动放大器(一)

热度 20已有 1471 次阅读2022-11-6 18:12 |个人分类:差动放大器|系统分类:芯片设计

对于差动放大电路这一章节积累的问题比较多,先列举几个相对典型的理解性问题,后面将继续更新:

  1. 如何理解"共模电平"? 

  2. 差分放大电路的作用是什么,和单端电路相比有什么特别的优点?

  3. 实际应用的差分放大电路为什么要加尾电流Iss?

  4. 基本差动对输出的最大和最小输出电平是什么?


   对于单端电路而言,由于其负载端直接或者间接连接VDD,这就不可避免会带来电流源带来的噪声,这种噪声就被称之为"共模干扰", 带着这种干扰输出的信号反映在频域上会出现杂散,为了消除这种干扰,所以很多电路就会使用到"差分对"。

   和单端电路的偏置电压类似,差动信号的偏置电压就叫做"共模电平",对于输入的差分信号,就叫输入的共模电平,对于输出就叫做输出的共模电平,其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,方向相反。在差动信号中,中心固定电位称之为"共模电平",CM。



image.png

      对于实际的差分放大电路,都会在差分对的源极公共端接一个电流源,如下图所示:

              

image.png

      我们都知道MOS管工作在饱和区时,其漏极电流会随着栅压的变化而变化,而用恒流源做尾电流,就可以保证两个支路流到P点的电流相同,而由于两个支路对称,所以其电流就分别为尾电流的1/2,且不随Vin,CM的变化而变化,其作用就是抑制输入共模电平的变化对M1和M2管的工作及输出电平的影响。

     我们通过研究Vout1-Vout2随着Vin1-Vin2的变化,可以得到差动对的输入输出特性如下图
     

image.png


     从图(b)中可以看出,当Vin1-Vin2=0的时候,小信号增益(即斜率)最大,故使得Vin1和Vin2在相同的偏置电位下,再加上小信号就可以实现信号的放大。其大信号输出的最大和最小电平为VDD和VDD-RD*Iss,小信号输出范围为-RD*Iss到+RD*Iss。


    小结:(1) 差动放大电路通过反向信号相减的方式消除了共模干扰,并放大了信号。

              (2) 在加入尾电流之后,偏置将不随着共模电平变化,这就使得偏置电路更加简单,输出线性度更高。

              (3) 这种结构也有缺点,即芯片的面积和功耗会有增加,但绝对物超所值!


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发表评论 评论 (3 个评论)

回复 黄17141213013 2022-11-19 11:20
“其定义为两个结点电位之差” 这个是摆幅吧?不是共模电平的定义。。。
回复 黄17141213013 2022-11-19 11:25
第二个图里的两个输入管的栅极为什么接一起??
回复 yl1209417714 2022-12-1 09:28
黄17141213013: 第二个图里的两个输入管的栅极为什么接一起??
共模电平,两输入端电压相等,所以就接一起。

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