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1、第六章 模拟集成单元电路,6.4 FET差动放大器,直流分析,下面分析它的直流传输特性。,图6.39 N沟道增强型MOSFET差动放大器的基本电路,6.4.1 MOSFET差动放大器,忽略,和,的输出电阻，假设两个场效应管相同，则,(6.123),(6.124),将式(6.123)和式(6.124)取平方根并相减得,(6.125),其中,为差模输入电压。,因为,(6.126),对式(6.125)两边平方，有,(6.127),整理为,的一元二次方程为,(6.128),假设,则求解式(6.128)可得,(6.129),由式(6.126)有,(6.130),归一化漏极电流为,(6.131),(6.1
2、32),式(6.131)和式(6.132)描述了MOSFET差动放大器的直流传输特性。,图6.40画出了归一化差动输入电压为,时对应的函数曲线。,图6.40 MOSFET差动放大器的归一化直流传输特性,例6.15目的：确定共模输入电压的最大范围。,电路如图6.41所示。场效应管参数为,求共模输入电压的最大范围。,解：参考电流,又,联立上面二式，并代入参数后整理得,解得,由镜像电流源知,最小共模输入电压是当M1和M2到达临界点时的值，即,所以,最大共模输入电压是当,到达临界点时值，即,所以,综上所述，该MOSFET差动放大器共模输入电压范围为,说明：BJT差动放大器的共模输入电压范围算法与例6.
3、15类似。,由式(6.131)和式(6.132)可知，对于某个差动输入电压，,电流,将全部流向一个场效应管，这个差动输入电压为,(6.133),曲线在,处的斜率为最大正向跨导，即,由式(6.129)可求得,(6.134),式中，,为场效应管的跨导。,通过与例6.10类似的分析，如果,=1mA，,小于0.34V的差模输入电压，线性近似值与实际曲线之差值小于1%。,由此可见，MOSFET放大器的最大差模输入电压远大于BJT差动放大器的最大差模输入电压。由后面的分析可知，其主要原因是MOSFET差动放大器的增益远小于BJT差动放大器的增益。,，则对,例6.16目的：比较MOSFET差动放大器与BJT
4、差动放大器的正向跨导。,已知MOSFET差动放大器的,;BJT差动放大器的,解：由式(6.134)可得MOSFET差动放大器中的MOSFET跨导为,由例6.10可知BJT差动放大器中BJT的跨导为,说明：BJT差动放大器中BJT管的跨导比MOSFET差动放大器中MOSFET的跨导大得多。由于差模电压增益直接与跨导成正比，因此BJT差动放大器的增益一般比MOSFET差动放大器的增益大得多。,2. 交流小信号分析,由于MOSFET的栅极无电流，所以MOSFET差动放大器的差模输入电阻和共模输入电阻可以认为是无穷大。,端时为RD双端时为2RD。,，,下面通过MOSFET差动放大器的小信号等效电路来求
5、差模增益、,共模增益和共模抑制比。,与BJT差动放大器相似，,MOSFET差动放大器的输出电阻在单,采用与BJT差动放大器类似的分析方法，可求得MOSFET差动放大器单端输出时的差模增益为,（左端输出）,(6.135a),（右端输出）,(6.135b),共模增益为,(6.136),共模抑制比为,(6.137),式中,为电流源的输出电阻。,双端输出时，差模增益为,（左正右负）,(6.138a),（右正左负）,(6.138b),共模增益为,(6.139),共模抑制比为,(6.140),以上结果均为BJT差动放大器的相应结果一致。,（只要在BJT差动放大器的相应公式中用,）。,例6.17目的：确定M
6、OSFET差动放大器的差模增益、共模增益和CMRR,电路如图6.41所示。除了设,的,外，场效应管的,其他参数与例6.15相同。,求,Ad、AC和CMRR。,解：由例6.15可知，,。电流源的输出电阻为,差模电压增益为,共模电压增益为,共模抑制比为,说明：由于MOSFET的跨导一般远小于BJT的跨导，因此MOSFET,差动放大器的差模电压增益比BJT差动放大器的差模电压增益要小。,由式(6.137)可知，通过增加电流源的输出电阻,共模抑制比。,例如，若采用6.1.2节中的共源-共栅MOSFET电流源，,由式(6.49)可知，它的输出电阻为,可以提高,对于本例，上式中,所以,因此，共模抑制比为,由此可见，用共源共栅MOSFET电流源代替基本镜像MOSFET电流源，可以明显提高共模抑制比，且不会影响差模增益。,
