电子电路大全(PDF格式)-第76章
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1000pF范围内。输出放大器应该有能力给这些负载提供足够的信号（电压、电流或功率）。
输出放大器驱动低负载电阻主要需要有一个小于等于负载电阻的小信号输出电阻。驱动大
电容的输出放大器主要需要有能力输出一个大的源或漏电流。驱动大电容的放大器不需要
低的输出电阻。
CMOS输出级的基本作用是电流变换。大部分输出级都具有高电流增益和低电压增益，
对一个输出级的特定要求有：（1）以电压或电流的形式提供足够的输出功率，（2）防止信
号失真，（3）高效率，（4）对异常状态（短路、过热等等）提供保护。由于信号摆幅很大，
并且在小信号放大器中一般不会遇到的非线性问题变得重要了，故而有第二项要求。第三
项要求是要使驱动晶体管上的功耗比负载上的功耗小得多。对第四项要求，CMOS输出级通
常都可以满足，这是由于CMOS器件本身的自我限制特性造成的。
6。1 源极跟随缓冲级
（a） （b）
图 6…1 （a）源极跟随器的电路结构和（b）电压传输曲线
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（1）输出电压摆幅
v （min） V …V R vOUT （min） …I Q RL R
OUT SS ON 2 （如 L 较大） 或者 （如 L 较小）
v （max） V …V v 》V v （max） V …V
OUT SS ON 1 （如果 IN DD ） 或者 OUT DD GS 1
如果考虑衬底效应：
＇ ＇
V =V ＋γ 2φF …v 2φF ≈V ＋γ v =V ＋γ v （max） …V
T 1 T 01 BS T 01 SB T 01 OUT SS
∴V （max）…V ≈V …V …V …V =V …V …V …V ＋γ v （max）…V
OUT SS DD SS ON1 T1 DD SS ON1 T01 1 OUT SS
v （max） …V =v ' （max）
定义 OUT SS OUT
那么
V ' （max） ＋γ v ' （max） …（V …V …V …V ） =0
OUT 1 OUT DD SS ON 1 T 01
解得
2 2
4（ ）
γ γ 2 γ ＋ V …V …V …V
'（max） 1 1 4（ ） 1 DD SS ON1 T01
v ≈ γ ＋ V …V …V …V ＋
OUT 1 DD SS ON1 T01
4 4 4
V =2。5V γ =0。4V 1/ 2 V =0。7V V =0。2V
如果 DD ， N ， TN 1 ， 并且 ON 1 ，
'
那么vOUT （max） =3。661V 、vOUT （max） = 3。661…2。5 = 0。8661V
（2）输出最大电流
V =…V =2。5V
假定晶体管处于饱和状态，并且 DD SS ， 那么
K 'W 2
I （sourcing ） = 1 1 ＇V …v …V 1 ＇ …I
OUT 2L1 DD OUT T Q
v =v
假设 IN DD 。
vOUT =0V V =1。08V I OUT =1。11mA
如果W1/L1 =10 、 ， 那么 T 1 =》 。然而， 随着
v
OUT 升高于到 0V 以上时， 电流快速下降。
（3）效率
假设输入信号能使输出达到等于电源最大情况，如图
44
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那么
β （ ）2
i = v …v …V
D IN OUT T
2
v
i =I OUT
D Q
R
I
得效率
vOUT （peak ）2 vOUT （peak ）2
P 2R 2R vOUT （peak ） 2
RL = L = L =（ ）
P （V …V ）I V …V V …V
Supply DD SS Q （V …V ） DD SS DD SS
DD SS 2R
L
v （peak ） =V = V
当 OUT DD SS 时效率最大 25％。
6。2 小信号分析
图 6…1 源极跟随器的电路小信号模型（a）和简化的小信号模型（b）
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（1）电压放大倍数
V g g g R
out m1 m1 m1 L
=
V g ＋g ＋g ＋g ＋G g ＋g ＋G 1＋g R
in ds 1 ds 2 m1 mbs 1 L m1 mbs 1 L m1 L
（2）输出阻抗
1
R =
out
g m1 ＋g mbs 1 ＋g ds 1 ＋g ds 2
对电流漏负载，Rout = 830Ω。这个输出阻抗的数量级在一般MOSFET电路中已是足够
小了，除非使用并联负反馈。
一般，g s 1 大约为g m1 的 1/10～1/5。而且，晶体管输出导纳g ds 1 和 g ds 2 应为体效应参
数g s 1 的 1/10。所以，可以看到体效应参数是引起增益小于 1 的主要误差源。还要注意：
在低频下这一级完全是单边的。换句话说，没有信号从输出端流到输入端。
例：考虑如图所示的源极跟随器，其中，所有的晶体管W/L＝100um/1。6um。假设
2 2 γ =0。5V 1/ 2
unCox=90uA/V ， upCox=30uA/V ， Ibias ＝100uA， n ，
rds…n=＇8000L（um）＇/＇ID（mA）＇。这一级的增益是多少？
解：gm1 的值由下式得出
gm1＝＇2unCox（W/L）ID1＇1/2=1。06mA/V
同时
Rds1= Rds2=8000*1。6/0。1=128kΩ
体效应参数方程，即
γg m
g s 1 =
2 V ＋ 2φ
SB F
V
为了计算这个参数，我们需要知道源极－主体电压 SB 。但是，这个电压要依赖应用
V ≈2V
情况，不能事先准确知道。这里我们假设使用的是 5V的电源， SB 。这在一定程度
上有些武断，但是这是在没有更多细节的情况下能使用的最好方法。因此有
0。5g m
g s 1 = =0。15g m =0。16mA / V
2 2 ＋0。7
