电子电路大全(PDF格式)-第87章
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Y = m 2 s 2 ds 2
in2
g ds 2
1＋
G
L
G ＋sC
=g m 2 L L
g G sC
＋ ＋
ds 2 L L
G ＋sC
=g m 2 L L
g ds 2 ＋sCL
（9…53）
（ ）
ω》》1/ r C Y =g
在 ds L 的频率上，s中的项起主要作用， in2 m 2 。M2 源极的近似时间常
数可写为这个极点的总电容除以 g m 2 。M2 源极的总电容是Cgs 2 并联 Cdb1 并联 Cgd 1 。因为
这个电容不是特别大而且这个节点的阻抗1/ g m 2 很小，所以这个节点的时间常数一般可忽
略。但是在带一个小源极阻抗的放大器中，这个节点仍然是决定共源共栅放大器的第二个
C C
极点的主要因素。M2 源极的时间常数的上限可以简单求出。 db1 并联 gd 1 几乎总是小于
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C C
gs 2 。因此，M2 源极的总阻抗等于K gs 2 ，其中：K在 1～2 之间（一般靠近 1）。利用
W
g =μ C V
m 2 p ox eff 2
L
2
（9…54）
上式是对折叠式共源共栅放大器（对伸缩式共源共栅放大器，用μn 大于μp ），并利
用下式
2
（ ）
C =KC =K WL C
S 2 gs 2 3 2 ox （9…55）
给出第二个极点的近似频率（忽略另一个不起主要作用的节点的时间常数）：
1 g 3μ V 2 3μ V 2
m 2 p eff P eff
ω ≈ = = 》
p 2 τs C 2KL2 4L2
2 S 2 2 2
（9…56）
这个方程是任何使用共源共栅增益级放大器的单位增益频率的一个上限。注意：一旦
V V
选择了 eff 2 ，式（8…56）就相对独立于真正的设计， eff 2 通常由最大信号处理需求决定。还
ω
要注意： p 2 非常依赖沟道长度。
V
例：推算 0。8um技术中折叠式共源共栅放大器的第二个极点的下限，其中 eff 2 的典型
值选为 0。25V。
解：通常，在一个模拟电路中，共源共栅晶体管的最小长度是用在数字电路中晶体管
μ =0。02m2 / V。s
最小长度的 1。25～1。5。因此，假设L2＝1。5*0。8um=1。2um，用 p ，且
9
V =0。25V ω 》1。7 ×10 rad =2π×276MHz
eff 2 ，我们有 p 2 。对于一个伸缩式共源共栅
放大器，上限将为 690MHz。在多数实际的运算放大器设计中，一个典型设计的单位增益频
率应被限制到大约下限第二个极点的频率的一半。在这个例子中，折叠式共源共栅和伸缩
式共源放大器的典型的单位增益应分别为 138MHz及 345MHz。
最后，当源极阻抗很大时，输入晶体管栅极的时间常数可能非常重要，虽然不像在共
栅级中那么重要，因为共源共栅增益级所受到的米勒效应不那么严重。换句话说，在高频
下，M2 源极的有效阻抗减小为1/ g m 2 ，且从M1 的栅极到M2 的源极没有多少增益。回顾在
C
共源放大器中， gd 1 的有效尺寸被共源放大器的增益放大。
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第 10 章 反馈放大器的频率响应和稳定性
10。1 反馈放大器的稳定
10。1。1 稳定原理
首 先 定 义 运 算 放 大 器 的 输 出 电 压 为 ：
V （ s） ＋V （ s）
图 10－1 运放示意图 （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） 1 2 （10…1）
V s = A s ＇V s …V s ＇± A s
out v 1 2 c 2
式中，右边第一项是V （s）的差模部分，第二项是V （s）的共模部分。差模频率响应
out out
为A （s），共模频率响应为A （s）。
v c
运算放大器的典型差模频率响应可以表示为：
A
（ ） vo （10…2）
A s =
v s s s
…1 …1 …1 。。。
p 1 p 2 p 3
式中，P1，P2，…是运算放大器开环传递函数的极点。
一般来说，极点记作Pi，可以表示为：
p =…ω （10…3）
i i
这里，ωi是时间常数的倒数或者极点pi的转折点频率。虽然运算放大器有零点，这里
暂时忽略了。A 或A （0）是频率接近 0 时运算放大器的增益。下图显示了典型的A （s）的幅
v0 v v
频响应。在这种情况下我们看到，ω1 远比所以其它的转折频率低得多，因此ω1 在频率响
应中起主要作用。这是一个…6dB/每倍频程频率点，从主极点延伸与 0dB轴相交的点被定义
为运算放大器的单位增益带宽，缩写为GB。即使下一个更高阶的极点比GB小，我们仍然用
上面的这个定义方法定义单位增益带宽。
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图 10…2 运算放大器 Av（jω）的典型幅频响应
运算放大器一般用在负反馈结构中，此时，相对较高但不精确的正向增益可以与反馈
一起得到一个非常精确的传输函数，此函数仅与反馈元件有关。图 10…3 是一个一般的负反
馈结构。
图 10…3 单环负反馈系统
A（s）是放大器增益，一般来说是运算放大器开环差模电压增益。F（s）是从运算放
大器输出到输入的外部反馈的传输函数。这个系统的环路增益可以定义为：
环路增益＝L（s）=－A（s）F（s） （10…4）
总体增益为：
A V …FV =V （10…5）
（ in out ） out
A s
V A （ ）
out = = （10…6）
V 1＋ AF 1…L s
in （ ）
考虑Vin到Vout的正向增益为 1。容易看出，如果开环直流增益A（0）是在 1000～2000
之间，F等于 1，正向增益的变化在 0。999～0。9995 之间。对于非常高的环路增益（主要由
于具有高的放大器增益），正向传递函数Vout/Vin受到负反馈网络的精确控制，这就是使用
运算放大器的原理。
例：如图串联电压负反馈电路（同相比例运算），R1 =10kΩ，RF =300kΩ，开环电
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dA dA
4 f
压放大倍数 A =10 。求闭环电压放大倍数A ；如 =10％ ，求 。
uo uf A A
f
