NMOS运放典型电路图介绍（增强型-耗尽型）解析

1、全增强型NMOS运放

全增强型NMOS运放如图3.10-9所示。

构成输入级差分电路，其增益约5倍；和为电平位移电路，增益约0.95倍；组成串级放大和输出级驱动电路，采用串级放大是为了减少M20栅极的密勒电容，以改善频率响应，这一级的增益等于，约为11倍；构成输出级电路，其形式如图3.10-6所示，增益为6.6倍。综上所述，该电路的总增益约345倍。M1、M2、M3和M15、M16，M17构成偏置电路，决定了电路的工作点。M13和组成相位补偿电路。

NMOS运放典型电路图

要使电路正常工作，该电路的所有MOS器件均处在饱和区。为实现这一要求，各管子的宽长比应有如下关系（为简单起见，管子的宽长比定为S）。

我们使，这样，因此I1/2电流流过，关系为，因此，有，选取 NMOS运放典型电路图

得以及，因此工作在饱和区。

在M15、M16、M17分压电路里，选取S16、S17，并使，要使工作在饱和区，应有。工作点VA、VB和VC如图中所示，设计时，流过M1、M2和M3的电流为100微安，VA=8伏，VB=-11.5伏，Vc=-7伏，取MOS管的阈值电压VT=2伏。图中各MOS器件的宽长比如表3.10-1所示。

NMOS运放典型电路图

该电路的主要参数如表3.10-2所示。

NMOS运放典型电路图

2、增强-耗尽型NMOS运放

图3.10-10是一个用于LSIMOS模拟集成电路中的NMOS运放，它采用标准的n沟硅栅增强-耗尽MOS工艺制成。该运放提供了较好的性能。NMOS运放典型电路图。开环直流增益约为1000，共模抑制比约为75分贝。对于1千欧负载，输出电压有效值可达1伏（士5伏电源电压时）。当电容负载为20皮法，输出幅度为1伏时，1%精度的建立时间约2微秒。

NMOS运放典型电路图

该地路由输入级、电平位移级（包括双端-单端转换电路）、第二增益级及输出级组成。这里的输出级是具有单位电压增益的负反馈电路。因此从增益角度来说，该电路是由两级增益级组成。这与通用型运放的情况相同。

（1）电路说明

电路的输入级及电平位移级结构图如图310-11所示。它们构成一个跨导放大器。输入级由M1~M7组成。M3、M4是耗尽型有源负载。NMOS运放典型电路图。M6、M7为输入级的偏置电路。M5、M6是电流源，它们的电流决定于M7、M8构成的偏置电路。该运放的输入级采用双端输出形式，以他电路有较好的共模抑制性能。

此运放的电平位移级是低阻抗型的，其具体电路由图3.10-10中构成。为使于讨论，将这部分电路画于图3.10-12。图中M11、M13及M12、M14分别组成并联反馈的等

NMOS运放典型电路图

效二极管，M13、M14的漏源电压就是电平位移所需要的电压，即图3.10-11中的电池电压V，它们源极所接的M17、M18构成电流源电路，以实现第一级输出电流的双端一单端的转换。M15、M16对管分别提供两个等效二极管的电流，此电流相当于图3.10-5a中的电流源Io，而M15，M16的电流是由M20偏置的。M19、M20的又是一个电流源电路，M19偏置M20的电流M10的电流由M10决定。M8、M9组成该级的总偏置电路。此电平位移级中的偏置电路结构复杂，其目的是使M11、M12的栅极电压与Vo相等。NMOS运放典型电路图。由图3.10-12可以看到，V1、V2是输入级差分对管M1、M2的漏极电压。该电压的大小直接决定了运放正向共模输入电压范围。为了增加此共模电压范围，电压V1、V2应尽量接近正电源电压。在这里，M3、M4进入线性区的条件是

在图3.10-10中（参看图3.10-11和图3.10-12），整个偏置电路的目的就是使

NMOS运放典型电路图

以保证电路有最大的共模输入电压范围，是用M8、M9来偏置的。由图可知：，现在的问题是如何使V1、V2与V3相等。

在图3.10-10电路设计时，使M10、M11、M12沟道的宽长比相等。而电流源M19、M20的宽长比设计值满足：

NMOS运放典型电路图

因此，M20的电流为M19（即M10）电流的两倍。M15、M16是对管，M15（M11）中的电流以及M10（M12）中的电流就与M10中电流相等。结果必然使M10、M11、M12有相同的VGS，M10、M11，M12沟道的宽长比都设计得小于1，而的宽长比都很大，所以，前者的栅源电压比后者要大得多。因此，可近似认为M15、M16的漏极电压与的漏极电压相等。由此可见，V1、V2与V0近似相等。上述等效二极管的交流等效电阻在此处约为6千欧。