cmos放大器

1，  反向放大器：由压控电流阱或电流预源与负载组成。

m1是电压控制的电流阱，二极管连接的m2是有源电阻，作为m1的负载。m2的栅极与漏极相连，只要|vds2| > |vtp|,总是处于饱和状态。因此，当vin等于vss时，m1的漏电流为0，vds2的值等于vt2，所以，vout= vdd- |vt2| ， 这是最大的输出电压。

当vin从vss增大至大于vt1时，m1导通，vout下降。随着vin的增加，m1和m2中的电流也增加。|vds2|随电流的平方关系而增加。当vds1〉vgs1-vt1时，即vout- vss〉vin- vss-vt1 或vout〉vin – vt1，m1饱和。当输出下降至vout<vin – vt1时，m1进入非饱和区。

因此，假设m1处于非饱和区，vt1=vt2=vt，vin=vdd.通过m1的电流

用式 ids = 0.5*k*(w/l)*[2*(vgs – vtn)*vds – vds*exp2]   βn = k* （w/l）

得到 id= β(*(vgs – vtn)*vds – vds*exp2/2)

通过m2的电流 ：id = 0.5*β*(vgs2-vt)exp2 = 0.5*β*(vdd – vout –vt)exp2

让两者相等，得到vout，min

如果m1与m2都处于饱和区，

av = vout/vin= -（β1/β2）exp0.5 = - （k1*w1/l1  /  k2*w2/l2 ）exp0.5

2,互补（推挽）放大器

就是一个inverter 。数字电路中的工作区域是稳态区，总有一个管子处于截止状态。模拟电路中的工作区域是处于两种稳态之间的过渡区，两个mos管都处于饱和态。

设通过两个mos管的直流电流相等，id1=id2

得到0.5*β1*(vin – vss – vt1)exp2 * [1+λn*(vout – vss)]

=0.5*β2*(vdd – vin – vt2)exp2 * [1+λp*(vdd – vout)]

假设i=id1=id2

所以， av = vout/vin = - [(2*β1)exp(0.5) + (2*β2)exp(0.5)]/[( λn+λp)*iexp0.5]

由此可见，互补放大器的交流增益与直流电流的平方根成反比。

3，cmos差动放大器

差动放大器的任务是对差动信号进行放大，对共模信号的增益则是越小越好。

差动放大器的大信号特性：

vid = vg1 – vg2 = vgs1 – vgs2 = (2*id1/β1)exp0.5 – (2*id2/β2)exp0.5

iss = id1+id2

设β1=β2=β

可以得到id1 & id2

以镜像电流源为负载的差动放大器，不须外接元件，便可将双端输出的差动信号转换成单端输出。

输入共模电压的范围，指在这个范围内的共模电压信号能被差动放大器以相同的增益放大，对超出此范围的共模信号，差动放大器不能正常工作。

注意，一般饱和时， vsg = (2*id /β)exp0.5 + |vt|

差动放大器的小信号特性：

在上图中，假设对管都完全匹配，这m1中电流的增加量和m2中电流的减小量完全相等，则最下面的mos管中流过的交流电流一定为0。

共模电压增益：

在m1和m2 完全匹配和电流镜增益为1的情况下，电流差动放大器的共模电压增益为0。应为在这种理想条件下，δiout = 0 。 实际上，理想条件达不到，共模电压增益不为0。

首先，m1和m2不可能做的完全对称，这使得δid1 ！= δid2 . 其次，m3和m4 也不可能完全做的对称，电流镜电流增益不能精确等于1，这使得δid3 ！= δid4。实际上，电流镜偏离理想情况的原因是这两个管子的差别：域值电压的差别，几何尺寸不完全匹配，沟道长度调制系数不尽相同。但是，当工作电流较大时，两个管子的vgs较高，域值电压偏差在vgs中占较小的比例，可以减小失配；两个管子的w和l尺寸较大时，几何尺寸的失配可以减小。