MOS运算等效电路及其特性分析

信息来源: 时间:2021-1-13

MOS运算等效电路及其特性分析

在双极型运放电路里,通常跨导gm较大,零点Z的频率远大于单位增益带宽GB,不会影响电路的稳定性,因而频率补偿电容image.png不会出现图3.1-2的情况。但MOS运放情况就不一样,因MOS管的跨导较低,频率补偿电容image.png所产生的零点Z较低,造成运放的不稳定,因此对MOS运放的频率补偿还要作进一步的讨论。


运放零点的产生是由于补偿电容image.png的前馈作用。所谓前馈,就是在高频情况下补偿电容image.png把第一级的输出信号直接馈送到第二级的输出端。显然,信号通过补偿电容image.png馈送到输出端的相位与信号通过第二级放大后输出的相位,两者的相位差为180°。在双极型运放中,为了获得高输入阻抗,第一级放大器的工作电流很小,跨导(gm1)很低,电压增益不高,为了提供运放的开环增益以及增大驱动能力。第二级的工作电流较大,电压增益很高,其跨导gm,远大于第一级跨导gm1,因此在第二级输出端的前馈信号比经第二级放大后的信号小得多,当它与放大后的信号可以比拟时,运放总的开环增益已比1小得多,所以补偿电容image.png的前馈作用对运放的稳定性没有什么影响。在MOS运放中,为了降低噪声,提高电压增益,通常增大第一级放大器的跨导gm1,并从提高运放的总增益考虑,第一级放大器的工作电流和第二级放大器的工作电流是相近的,即它们的跨导和增益都很接近。由于MOS管跨导不高,这时由于image.png的前馈作用在输出端产生的信号就不能忽略,当频率升高时,它的影响更严重,并使运放的附加相移在没有到达单位增益时已到达-180°,使负反馈变成正反馈。关于这种情况我们可以利用运放的等效电路图3.1-3a来说明,为了说明image.png的作用,图中忽略了C1、C2的影响,在低频时,电容image.png与放大器构成积分电路,但在高频时,电容image.png可看成短路,这时第二级的放大管可以看成是漏栅短接的二极管,因此,第二级的等效输入电阻变为1/gm1,成为第一级放大器的负载。此时,电路的总增益等于第一级的增益,即为一gm1/gm2且其相位与低频时相反。图3.1-3b表示其幅频特性,如前所述,在双极型运放电路中,gm1》gm2高频时增益远小于1;而MOS运放电路,gm1gm2高频时增益近似等于1。因此,MOS运放电路只采用简单的频率补偿电容image.png时,其闭环工作状态有时是不稳定的。


MOS运算等效电路


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