推挽放大器
- 基本结构
- 电平移位
- 电平移位基本电路
- 几个电平移位推拉放大电路
基本结构
乍一看,这是数字电路中使用的倒相器,但实际上它也是模拟电路中的推拉放大器(Push-Pull)。由于管道的工作区域不同,应用场景也不同。
当输入信号时,如果输出端有容性负载 V i n V_{in} Vin增大时, V g s n ↑ V_{gsn}\uparrow Vgsn↑, V g s p ↓ V_{gsp}\downarrow Vgsp↓ 所以, I M 1 ↑ I_{M1}\uparrow IM1↑,导致电容放电速度加快。 I M 2 ↓ I_{M2}\downarrow IM2↓,导致电容充电速度减缓。二者叠加,电容的净放电速度加快,说明此电路的动态响应很快!这是好事
在输入信号变化时,两管 V G S V_{GS} VGS都变,同为放大管。 对P管来讲,N管是负载,对N管来讲,P管是负载,互为放大管,互为负载。 A v − C S = ( g m 1 + g m 2 ) ⋅ r d 1 / / r d 2 A_{v-CS}=(g_{m1}+g_{m2})\cdot r_{d1}//r_{d2} Av−CS=(gm1+gm2)⋅rd1//rd2,相当于多放大了一倍 但是这种结构很难用起来
M1在饱和区的时候, V D S > V G S − V T N → V O > V i n − V T N V_{DS}>V_{GS}-V_{TN}\rightarrow V_{O}>V_{in}-V_{TN} VDS>VGS−VTN→VO>Vin−VTN M2在饱和区的时候, V D S < V G S + V T P → V O − V D D < V i n − V D D + V T P → V O < V i n + V T P , ( V T P < 0 ) V_{DS}<V_{GS}+V_{TP}\rightarrow V_{O}-V_{DD}<V_{in}-V_{DD}+V_{TP}\rightarrow V_{O}<V_{in}+V_{TP},(V_{TP}<0) VDS<VGS+VTP→VO−VDD<Vin−VDD+VTP→VO<Vin+VTP,(VTP<0)
当静态工作点位于Q点附近时, I s t a t i c I_{static} Istatic大,ClassA,全波放大 当静态工作点位于 V T N V_{TN} VTN时, I s t a t i c = 0 I_{static}=0 Istatic=0,ClassB,半波放大 当静态工作点位于 V T N V_{TN} VTN右侧一点点时, I s t a t i c 略 > 0 I_{static}略>0 Istatic略>0,ClassAB
平坦的区域作为逻辑器件使用,陡峭的部分是过渡区,可以作为推挽放大 但放大区域非常窄,斜率就是放大倍数,静态工作点难固定 在图中Q点时,两个MOS都位于饱和区,适合放大,但是流过的电流太大 假设Q点 V i n = V D D 2 = 2.5 V V_{in}=\frac{V_{DD}}{2}=2.5V Vin=2VDD=2.5V, Δ = 1.5 V \Delta =1.5V Δ=1.5V, I = 1 2 k Δ 2 I=\frac{1}{2}k\Delta^{2} I=21kΔ2 我们一般用的MOS管的过驱动电压大概为 Δ = 0.2 V \Delta =0.2V Δ=0.2V,所以电流比为 ( 1.5 0.2 ) 2 = 56 (\frac{1.5}{0.2})^{2}=56 (0.21.5)2=56,电流增大了56倍,不能用
一般的,NMOS电流镜偏置NMOS,PMOS电流镜偏置PMOS,从电流镜的栅极引出。 现在输入端既偏NMOS又偏PMOS,所以需要改偏置才能更好地工作。
电平移位
图中 V L S V_{LS} VLS为直流电平移位,交流短路。 图中先偏置PMOS,然后M1的偏置为 V i − V L S V_{i}-V_{LS} Vi−VLS。直流偏置会使 I s t a t i c I_{static} Istatic变小,趋于正常偏置,交流时电平移位短路,不会影响交流放大
电平移位基本电路
- 用MOS二极管结构来做
图5. MOS二极管电平移位
I = 1 2 k Δ 2 I=\frac{1}{2}k\Delta^{2} I=21kΔ2 电流源电流可控,所以可以通过增大电流 I I I来增大 V G S V_{GS} VGS,也可以降低 k k k,从而增大移位电平 MOS二极管结构的输入阻抗为 r i = 1 g m r_{i}=\frac{1}{g_{m}} ri=gm1,低阻抗,交流小信号流过几乎不受干扰,近似短路
- 用共漏放大结构来做
图5. CD电平移位
V G S = V i − V o V_{GS}=V_{i}-V_{o} VGS=Vi−Vo, I = 1 2 k Δ 2 I=\frac{1}{2}k\Delta^{2} I=21kΔ2 通过控制电流或者k,达到控制移位电平的效果 输入阻抗: r i = 1 g m 1 + g d 1 + g d − m i r r o r ≈ 1 g m 1 r_{i}=\frac{1}{g_{m1}+g_{d1}+g_{d-mirror}}\approx \frac{1}{g_{m1}} ri=