二级放大器原理分析及公式推导

二级放大器分析,version2

Cadence原理图

其中的偏置用电流源代替

小信号分析

输入级放大电路由 M1～M5 组成。M1 和 M2 组成 PMOS 差分输入对，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰;M3、M4 电流镜为有源负载;M5 为第一级提供恒定偏置电流。

输出级放大电路由 M6、M7 组成。M6 为共源放大器，M7 为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。相位补偿电路由 M14 和 Cc 构成。M14 工作在线性区，可等效为一个电阻，与电容 Cc 一起跨接在第二级输入输出之间，构成 RC 密勒补偿。

此外从电流与电压转换角度对电路进行分析也许更便于理解，此时可以将绘出运放的层次结构如上图 所示。M1 和 M2 为第一级差分输入跨导级，将差分输入电压转换为差分电流。M3 和 M4 为第一级负载，将差模电流恢复为差模电压。M6 为第二级跨导级，将差分电压信号转换为电流，而 M7 再将此电流信号转换为电压输出。

公式推导

增益

上图每一级都是互导放大器，由于第一级差分输入对管M1与M2相同，

R1表示第一级输出电阻，其值为

则第一级的电压增益

对于第二级有

第二级的电压增益

所以总的直流开环增益是

同时

所以

单位增益带宽积

GBW和SR都可以反应运放的高频性能，线性放大器主要有GBW决定，开关电泳滤波器要得到更高的频率主要有SR决定。

静态功耗

一旦电源电压确定，静态功耗取决于各支路静态电流总和。考察各路电路，可以知道，此运放的静态功耗为

电流的分配受其他性能指标的影响，比如GBW、转换速率、噪声性能等。

共模抑制比

调零电阻

在第一级输出与Cc之间串联一个电阻Rz,通过调节电阻的大小，便可以移动右半平面零点的之作用，将零点移到左半平面并与第二极点重合，这样就可以消除第二个极点，但是由于工艺波动和寄生电容的影响，会使计算参数偏离。

压摆率

压摆率也称转换速率。压摆率可认为，当输入运放一个阶跃信号时，运放输出信号的最大变化速度。