讨论一个电流放大器

zhongbo1127 · 发表于 2010-9-3 22:16:32

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   这个电路有必要好好的讨论讨论。关系着很多比较基础东西。SANSEN的书本其实要具备一定基础的人才能看明白（有时候我看一个电路可能要推导一下午才明白他怎么推导出来的，人家就非常随意的在图片旁边一摆，我经常华丽的被鄙视）。很多电路，他的书本只有结论，或者只有评价。根本就没有推导。如果要看懂他的书，还是先看懂razavi的比较好一点。但是razavi的书实在是太理论化了。权且当做工具书来看吧。实在看不明白就回头翻番拉拉的书。
这个电路的反馈的分析是关键。这个实际上是一个电流-电压放大电路,又叫跨阻放大器。输入端在M1的source.电流即能流入又可以流出。明白了这个就非常好明白反馈了。当流入M1source节点的电流增加的时候，会导致M1下面的那个管子的VGS增加，使得输出缓冲器的输入端电压降低（注意这个时候M1上面那个管子的电流实际上是不变的，即他的小信号状况下，它的工作状态没有得到变化，这个不是和folder cascode 差不多么？）。最后使得输出端的电压降低，这样RF两端的电压会增加，从RF流过的电流就会增加，致使流过M1 source节点的电流减小，M1source的电压基本不变化。负反馈由此而来。
  如果用电压分析，那只能分析VIn 的电压。其实和电流的变化也差不多呵呵过一个电阻而已

  传输函数的分析，正如前面枫叶兄弟所推导的。针对楼主的疑问，这里有一个非常值得注意的地方在推导的传输函数的时候，有时候是忽略反馈网络的电阻的负载（本贴的具体情况下下要忽略掉反馈网络上RF所流过的电流，如果不忽略也有对应的方法对应去精确分析，不过相当复杂）razavi上的分析非常理论化（在反馈那一章），可以参考参考。

zjzhang1124 · 发表于 2010-9-4 08:59:38

本帖最后由 zjzhang1124 于 2010-9-4 09:01 编辑

谢谢楼上的分析
这个东东设计上就是一个电流放大级+负反馈运放吧，是个2阶的

sean_4413 · 发表于 2010-9-4 11:26:46

21# zhongbo1127

"当流入M1source节点的电流增加的时候，会导致M1下面的那个管子的VGS增加，使得输出缓冲器的输入端电压降低 "到这里，分析的都对，可是“输出端的电压降低”，就好像有点不对了吧，输入端是接到缓冲器的negative端的，输入降低，好像输出升高吧。
还请您继续解释一下！
谢谢！

sdd731120 · 发表于 2010-9-4 11:57:51

晕了看不懂

goodsilicon · 发表于 2010-9-4 12:35:39

兄弟，不能这么分析。只能分析从M源端的进去（或者出来）的电流。这相当于一个跨阻放大器。如果你分析电压的话会很纠结。

RF的作用在于shunt shunt 反馈电阻。用于采样输出端的电压，但反馈给输入端的却是电流。
...
zhongbo1127 发表于 2010-9-3 21:40

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这个说法靠点谱。。。

goodsilicon · 发表于 2010-9-4 12:44:03

讨论下整个电路的反馈过程，主要是弄清楚M1的源端是如何保持地电位的。另外，图中的增益表达式为何没有参数B2。
liuguojia612 发表于 2010-9-1 14:04

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另外，这个电路还有点错误，就是后面的放大器不是那个样子地，应该是一个buffer，像图上那样不成了一个开环了吗？
sansen这本书的后面的图是正确的，楼主有兴趣可以贴上来。
这个由于开环的时候运放的输入点，也就是M1的源极是低阻（1/gm），而不是像普通的电压放大器那样是高阻，所以这个不能按照电压放大器的方法分析。而应该按照电流放大器的方法分析，（就像你不能用经典力学的方法解释量子现象，虽然这个类比不太贴切）结果就是书上写的那样。
这种放大器的主要好处是可以得到与闭环增益无关的3dB带宽，或者说GBW不再是一个常数，那么即使闭环增益高了，3dB带宽还是不变（理论上）。所以可以用作频率较高时（十几M到几十M）的闭环放大器。注意这时如果要改变增益需要调节的是输入电阻，而不是反馈电阻。优点是实现相同频率的放大，比电压放大器的功耗低很多。
缺点是噪声较高，线性较差。

zhongbo1127 · 发表于 2010-9-4 13:34:56

本帖最后由 zhongbo1127 于 2010-9-4 13:41 编辑

21# zhongbo1127

"当流入M1source节点的电流增加的时候，会导致M1下面的那个管子的VGS增加，使得输出缓冲器的输入端电压降低 "到这里，分析的都对，可是“输出端的电压降低”，就好像有点不对了吧，输入端是接到 ...
sean_4413 发表于 2010-9-4 11:26

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兄弟，M1下面那个管子的VGS增加，后级的共源级的输出（即缓冲器的输入）不就是降低的么？？？不然为啥共源级也被人叫做反相器呢？？不过这个缓冲器的接法的确有问题，既然楼上的兄弟都说了有问题了，那就看他的解释吧

这个电路关键在于要确定M1source的电压时恒定的。就像我们在分析电流源作负载的共源级的时候，那么我们认为即使输入管的VGS有变化，但是流过它的电流还是不变的,而实际上这个不是和公式矛盾的么（VGS变化，电流居然不变化呵呵）?? 呵呵大信号小信号的概念一定要清楚。

sean_4413 · 发表于 2010-9-4 20:45:05

26# goodsilicon

图上有错误，我觉得只是缓冲器的正负端标错了，而不是后面的什么buffer的问题，至于你说什么是一个开环，我不太理解，这个电容Cc我们是不是可以理解成普通的两级放大器的miller补偿电容呢？缓冲器是不是可以理解为两级放大器的第二级呢？输出是通过电阻RF送到输入端的，这不是闭环么？

你的后面的理解真不错，我还没有理解到你那种层次，谢谢！

sean_4413 · 发表于 2010-9-4 21:17:31

本帖最后由 sean_4413 于 2010-9-4 21:23 编辑

27# zhongbo1127

呵呵，你没看懂我写的意思。

谁说过VGS变化，电流一定要变化的啊？难道电流跟漏源的电压没关系么？你的VGS变化的再大，我的漏源电压很小，照样可以是电流不变的。

“VGS” 变化，是指的小信号，也就是vgs（小写）变化，流过它的交流是变化的，而此时流过它的直流电流是不变的，即此时的大信号VGS是没有变化的。也就是不变的大信号叠加了一个变化的小信号，直流叠加了交流。

shanzhongyiliu · 发表于 2010-9-4 22:16:57

刚又看了下我发现那个电路有问题他标记的M1 的源端是负端然后输给第二及的还是负端那么VO和M1 源端就是同相端那还怎么负反馈所有就分析不通了为啥虚地了
还有那个式子可以算出来啊 VOUT/RF+VIN/RS=-VO ...
梧叶飘黄发表于 2010-9-3 19:39

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这个放大器没有问题，后面放大器上用Cc连接形成负反馈，这个正负输入是相对这个单独的放大器来说是负向输入端。
而M1源端的负号则是整个系统（两级放大器：跨阻放大器+放大器）的负向输入端！另外，注意到是跨阻放大器，最好用电流输入，电压输出分析。如果用电压分析，那就不叫跨阻放大器，直接叫电压放大器的了！
因为是跨阻放大器，所以分析的时候应该是把输出电压信号通过反馈电阻变成负反馈的电流信号。至于增益的计算，第一级跨阻放大器增益我们假设为B的话，通过第二级电压放大器，增益很大，那么计算的时候可以看作跨阻放大器系统的增益是很大的，通过放大器反馈理论，开环增益计算就约为：Av=-Rf/Rs。
零极点的计算按照零极点计算方式，或者传输函数计算就出来了

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