class AB输出级

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#学习 #笔记

于 2023-10-01 15:21:21 首次发布

一、使用class AB放大器的目的

首先我们要主要使用Class-AB也就是甲乙类放大的原因是因为乙类放大器有交越失真（输入绝对值小于Vth时的死区），同时避免甲类放大器的大直流功耗。
在这里插入图片描述

1.classAB的精髓在于：保持很低的静态功耗的同时仍旧可以提供很大的动态驱动能力。这是实际低功耗电路发展的趋势。classAB电路的核心在于电流独立于VDD且成比例复制。
2.一般Class-AB放大器常有输入轨至轨的要求，关于rail-to-rail的输入级的实现可以采用三倍电流镜方法实现constant gain。
3.采用Class-AB输出级设计的运放可在较低的静态电流下实现轨对轨输出，推挽的输出方式使得其在大信号建立时的电流不受静态电流的限制，可以实现更好的压摆率。然而，由于Class-AB的输出PMOS和NMOS都受前级信号的控制，相比传统结构输出级只有PMOS或NMOS被前级输入信号控制，其需要更为复杂的偏置或者说控制电路，例如理想电流源偏置或浮动电流源偏置。

二、Class AB输出级偏置

2.1理想电流源偏置：

实现原理：

1、要想输出M25、M26的电流稳定，M19、M20的电流之和必须稳定

浮动电流源M19、M20和输出级M25、M26的VGS，根据回路KVL：

VGS26+VGS19=VGS23+VGS24=Const1

|VGS25|+|VGS20|=|VGS21|+|VGS22|=Const2

输出级M25、M26栅极电压差为：

ΔV=VG25-VG26=VS20-VS19=|VGS20|+VGS19+Const2-Const1

因此，只要共模电平变化时，M19、M20的电流之和保持不变，那么M25、M26的电流也保持不变。
为什么：要想输出M25、M26的电流稳定，M19、M20的电流之和必须稳定
在这里插入图片描述

动态输入时，输出晶体管一个工作在饱和区用Ｗ提供更大的输出电流，而另一个输出管工作于截止区，因此，最大的输出电流个静态电流的比例增高，电源功耗的利用率增高，同时对后续电路的驱动能力增强

2、要想M19、M20的电流之和稳定，左侧必须为理想电流源Ib3
上图中第一级输出左侧支路为理想电流源，共模电平变化时，比如变化到接近GND，输入P管差分对流过的电流变为原来的4倍（采用了三倍电流镜的恒跨导技术），M17、M18的电流增大，而M15、M16的电流恒等于IB3，因此M19、M20的电流之和稳定不变。
理想电流源具体实现如下：
在这里插入图片描述 N管M10在上，P管M9在下，使得电流源两端看过去都是漏/D端，而中间的源/S端被“保护”起来了。这样输入共模电平变化导致的电压变化只能施加于M9、M10的漏端，而不会影响源端，源端电压保持不变，从而实现一个理想的电流源特性。显然，该结构的缺点是M9、M10的VGS消耗了较大的电压余度。