全差分放大器的共模输入范围和共模响应

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@小白创作中心

全差分放大器的共模输入范围和共模响应

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/m0_72704327/article/details/145041161

一、共模输入范围

全差分放大器的电路如下图所示，它需要先要设置合适的输入电压直流量，以便让MOS管有合适的偏置并工作在饱和区时，电路才能表现出有效的信号放大。也就是说，先设置合适的大信号电压，再叠加小信号。这里的大信号电压，即是我们说的共模输入，叠加的小信号，即是我们第二节要介绍的差模输入。

下面将分析上图电路的共模输入范围，即让所有MOS管都处于饱和状态的输入共模电平范围。首要提出使MOS管工作在饱和区需要：

（1）使尾电流管M3工作在饱和区：

（2）使输入对管M1和M2工作在饱和区：

从而得到输入共模电压范围为：

当输入共模电压在上述范围内时，电路中所有MOS管均工作在饱和区。此时，流过M1和M2的大信号电流为恒定值（gm1,2为恒定值，即输入变化电压转变为变化电流的能力为恒定值），从而输入信号的直流部分（输入共模电压）对电路的增益不会产生影响，而且，此时的差模增益比较显著。

二、共模响应

1、非理想尾电流源带来的共模增益

对于理想全差分放大器而言，输入信号的直流电平（即差分放大器的共模输入电压）出现变化，将影响尾电流MOS管漏极电平，导致尾电流变化，因为实现尾电流的MOS管必然存在沟长调制效应。从而，这会影响跨导放大支路的电流，影响了M1和M2两个MOS管的偏置，导致其跨导出现变化，最终影响放大器的输出电压。当然，在电路完全对称的情况下，如果尾电流是理想电流源，则共模输入电压的变化不会影响输出电压。可以用共模增益来描述由于共模输入电压变化导致的输出电压的变化：

下图可以用来计算共模增益：

如果M3对外表现出理想电流源特性时，则RSS为无穷大，从而ACM=0，即该电路不存在共模增益。无共模增益是我们通常希望看到的结果，因为，对于差分放大器而言，我们只希望放大输入的差模信号，而不希望放大输入的共模信号。因此，共模增益有时也被称为有害的“寄生”增益。

2、失配带来的共模增益

如果差分放大器的两条支路不完全对称，或者两条支路上的元器件存在失配，则共模成分和差模成分将相互转换，这类放大器也被称为非平衡差分放大器。元器件的失配可以分为负载电阻的失配和输入对管的失配。

（1）负载电阻失配