一种宽频带大摆幅的三级CMOS功率放大器

设计的电路中这个零点是无害的，但根据耳机音频电路的要求，100MHz的带宽是完全没有必要的，所以可以在此电路的基础上稍加改进，将电阻R_Z1改成100Ω，补偿电容C_c1大小不变，那么左半平面零点的值为350MHz，此时单位增益频率为32MHz，左半平面零点对单位增益带宽的大小不再有影响。

对于右半平面的零点，设计中选择补偿电容C_c2为2pF，补偿电阻R_Z2为1kΩ，则由右半平面零点公式及其应满足的条件(Z_RHP≥10倍的增益带宽)可以推出(1/g_m3-R_Z2)有很大的变化范围。也就是说跨导及电阻可以随实际工作电流、温度、工艺等条件的变化而变化，并且允许存在较大的变化范围。

该电路的输出负载是32Ω的电阻，由于此设计采用的是单电源供电，输出偏置在1.65V，因此在实际电路中需串联一个大的输出耦合电容，以防止直流电流流过耳机造成功率损耗，严重的甚至有可能损害耳机或者是耳机驱动。此电路中采用的是220μF的电容。加入此电容对电路的低频响应有一定影响，但仍满足人耳的听力范围要求。

输出电压的摆幅

对于便携式功率放大器，由于其供电电压的降低，为了得到有效的输出电压就要求输出摆幅尽可能接近满幅要求。本设计电路采用的是AB类输出结构，因此电压在输出时只损失一个n管或p管的过驱动电压，使输出电压的范围得到很大提高。下面将在AB输出级的基础上研究如何降低n管和p管的过驱动电压，以进一步提高电压摆幅。以n管为例，在n管饱和导通时流过它的静态电流为1mA，那么在这个电流下如果输出管的宽长比取得较大，那么过驱动电压V_DSAT=V_GS-V_Tn就可以有较小的值，从而输出电压的最小值将会降低，输出范围增大。类似p管采用较大的宽长比也可以提高最大电压的输出水平。该设计电路选择的p管的宽长比为3072/1，n管的宽长比为768/1，当然较大的宽长比是以牺牲面积得到的，但本电路输出级的宽长比相对于同类电路却小得多。

该电路最大输出摆幅可达2.7V，输出电压效率为81.8%，属于大输出电压摆幅，此时其相应的最大输出功率为29mW。

放大器的失真

功率放大器的一个重要的性能指标是总谐波失真加噪声。总谐波失真主要是由非线性元件引起的。在电路结构完全对称且不存在元件不匹配的情况下偶次谐波失真是可以消除的，但实际上这样严谨的电路是不存在的，而且对于音频电路来说，对音质影响较大的为奇次谐波失真。因为人耳对奇次谐波失真比较敏感，而对偶次谐波要差的多。降低总谐波的方法一般是增加适量的内部反馈环，选用线性性好的器件来实现的。本文采用的三级放大电路存在两个内部反馈环，与两级放大电路相比有效地抑制了谐波失真。

测得在3.3V电源电压，1kHz输入信号频率，0dB增益及满摆幅即2.7V输出电压下，该三级放大电路的总谐波加失真为-68dB。