实验三 源跟随器、共栅、共源共栅放大器分析
单级放大器
①
精确程度取决于匹配。
电流源电路
1 rout = 小信号输出阻抗： λI out
等效电路：
i
没有电流流过 1/gm
1
gm
v gs 2
g m 2 v gs 2
rds 2 v x
∴ v gs 2 = 0 vx 1 ∴ rout = = rds 2 = i λI out
例：
若rds 2 = 100kΩ, ΔV = 0.5V ΔI out = 0.5V / 100kΩ = 5μA
Q I 3 ≈ I ref •
(W L )3 (W L )1 (W L )3 (W L )4 = I ref • = αI ref (W L )1 (W L )3
(W L )4 I 4 = I3 • (W L )3
放大器的基本概念
放大器的输入输出特性在一定信号范围内可表示为：
y (t ) = a0 + a1 x(t ) + a2 x 2 (t ) + .....
I out
Id AC DC
W 1 2 = μ nCox (VGS − VTH ) L 2 =
β
2
(VDS − VTH )2
2I D
VDS = VGS = VT +
Vds
β
分压电路
V G D
①
g mV
g mbVbs
S
ro
若 V =0 bs
Rout
v V = = i g mV + V = 1 gm + 1 ro
mb 2
g m1 1 AV = − g m1 RD = − gm2 1 +η
AV = −
W Q g m = 2 μnCox I D L
拉扎维模拟集成电路精讲ppt第二讲单级放大器
• 增益与输入信号无关，是器件尺寸的弱函数。 • 高增益要求会造成集体管的尺寸不均衡。 例：为了达到10倍增益， ，则(W/L)1=50(W/L)2
• 允许的输出电压摆幅减小。
在这个例子中，M2的过驱动电压应该是M1的过驱动电压的10倍。 若VGS1-VTH1=200mV，|VTH2|=0.7V，|VGS2|=2.7V，严重制约输出电压 摆幅。
• 采用电流源的源跟随器
输出阻抗的计算：
输出阻抗的计算：
• 采用电流源的源跟随器
小信号分析
戴维南等效
考虑M1、M2的沟道长度效应，并驱动电阻负载，
• 讨论
– 即使源跟随器采用理想电流来偏置，输入输出特性仍呈现一些非 线性。 – 将衬底和源连接在一起，就可以消除由体效应带来的非线性。对 于N阱工艺，可采用PMOS来实现（左图）。
– 所谓“折叠”针对小信号电流。 – 为了获得相当的性能，折叠式共源共栅放大器 的总偏置电流应该比共源共栅放大器的大。
– 大信号分析
• 如果Vin>VDD-|VTH1|，M1截止，电流I1全部通过M2，有Vout=VDD-I1RD • 如果Vin<VDD-|VTH1|，M1开启处于饱和区，
• 随着Vin ↓ ，ID2↓，当ID1=I1时，ID2＝0，有
Av=Vout/Vin=-gm1RD •当忽略沟道长度调制效应时，共源共栅级放大器的电压增 益与共源级放大器的电压增益相同。
– 输出阻抗
（考虑两管的沟道长度调制效应） 电路可以看成带负反馈rO1的共源级， 因此，
– 讨论
• 假设gmrO>>1，则Rout≈（gm2＋gmb2）rO1rO2，可见 M2将M1的输出电阻提高了（gm2＋gmb2）rO2倍。
共源共栅放大器的分析
共源共栅放大器的分析1.基本结构和工作原理当输入信号施加在共源共栅放大器的输入端（栅极）时，栅极结电容Cgs会对输入信号起到隔离作用。
通过共源共栅放大器的源极电压调整，可以改变输出电压的增益和相位。
工作原理：当输入信号施加在栅极上时，栅极电阻Rg将输入电流转换为输入电压，并施加到栅极上。
当栅极电压超过阈值电压，漏极电流开始流动。
漏极电流经过源极电阻Rs，形成输出电压。
由于栅极和源极之间存在电容Cgs，所以输出电压的幅频特性非常好，可以达到高频的放大。
2.放大性能分析(1)集大于放大倍数：共源共栅放大器的电压放大倍数由源极电阻Rs决定，与负载电阻RL共同决定。
较小的Rs和RL能够提高放大倍数。
(2) 输入阻抗：共源共栅放大器的输入阻抗由输入电阻Rg和栅极结电容Cgs共同决定。
较大的Rg和较小的Cgs能够提高输入阻抗。
(3)输出阻抗：共源共栅放大器的输出阻抗由源极电阻Rs和漏极电阻Rd共同决定。
较小的Rs和Rd能够提高输出阻抗。
(4)漏极电流偏置：通过控制栅极电压和源极电阻，可以调整共源共栅放大器的偏置电压和偏置电流。
适当选择偏置电流可以减小失调，提高放大器的线性度。
(5) 高频特性：由于栅极和源极之间存在电容Cgs，共源共栅放大器在高频范围有较好的性能，能够实现高频信号的放大。
3.稳定性分析4.应用领域总结：共源共栅放大器是一种常见的放大电路，其工作原理基于MOSFET。
通过调整偏置电流、增加负反馈等手段，可以改善共源共栅放大器的性能。
共源共栅放大器在应用中具有广泛的用途，是电子设备中不可或缺的一部分。
共源共栅运算放大器的设计
共源共栅运算放大器的设计共源共栅运算放大器，也称为共源共栅放大器或共栅源跟随器，是常用的运算放大器电路结构。
它由共源放大器和共栅放大器组成，可以提供高增益、宽带宽并具有高输入电阻和低输出阻抗的特点。
下面将详细讨论共源共栅运算放大器的设计。
设计目标：1.高增益：希望放大器具有高增益，以提供较大的放大倍数。
2.宽带宽：希望放大器具有较宽的频带，以传输更高频率的信号。
3.高输入电阻：希望放大器具有较高的输入电阻，以不对被测电路产生影响。
4.低输出阻抗：希望放大器具有较低的输出阻抗，以不对后级电路产生影响。
设计步骤：1.选择晶体管：选择性能良好、参数稳定的晶体管作为放大器的关键部件。
常用的晶体管有MOSFET和JFET，选用适合的型号，使其性能满足设计的要求。
2.偏置电路设计：根据晶体管的工作条件，设计偏置电路以保证放大器的工作稳定性。
通常采用电流源和电阻网络来实现晶体管的偏置。
3.增益极化设计：确定放大器的增益级数和增益大小，并选择适当的分压比例和电阻值，使得输出电压能够满足要求。
同时考虑增益的稳定性，防止输出波形失真。
4.频率补偿设计：由于共源共栅放大器的频率响应受到极点和零点的影响，需要设计频率补偿电路来提高带宽。
常用的频率补偿方法有米勒补偿电容和并联补偿电容等。
5.输入和输出阻抗设计：通过选择合适的电路参数和组件数值，使得输入电阻和输出电阻达到所需的要求。
一般采用反馈电阻网络来实现输入和输出阻抗的调节。
6.功耗和温度设计：考虑到功耗和温度对放大器性能的影响，需要进行功耗和热量分析，并选择适当的散热器来保证放大器的长期稳定工作。
7.电源设计：根据放大器的电源需求，选择适当的电源电压和电源过滤电路，以保证放大器的工作正常和稳定性。
以上是共源共栅运算放大器的设计步骤。
在设计过程中，需要综合考虑各种因素，并根据具体的应用场景和要求进行优化。
通过合理的设计和调试，可以获得性能良好的共源共栅运算放大器。
共源放大器和共栅放大器的异同
共源放大器和共栅放大器是电子电路中常见的放大器电路，它们在信号处理和放大方面都有着重要的作用。
接下来，我们将从原理、特点、优缺点等方面对这两种放大器进行详细的比较，为大家介绍它们的异同之处。
一、原理1. 共源放大器：共源放大器是以场效应管作为放大器的主要元件，通过控制场效应管的栅极电压来调节电流，从而实现信号的放大。
在共源放大器中，输入信号加在场效应管的栅极上，输出信号则从场效应管的漏极处获取。
2. 共栅放大器：共栅放大器也是以场效应管作为放大器的主要元件，不同的是输入信号加在场效应管的源极上，输出信号则从场效应管的漏极处获取。
它的特点是输入阻抗较低，输出阻抗较高。
二、特点1. 共源放大器：- 输入阻抗高，输出阻抗低；- 增益高，稳定性好；- 输入和输出信号之间有180°相位差；- 适合于需要较高放大倍数的场合。
2. 共栅放大器：- 输入阻抗低，输出阻抗高；- 增益低，但稳定性好；- 输入和输出信号之间无相位差；- 适合于需要高输入阻抗和低输出阻抗的场合。
三、优缺点1. 共源放大器的优点：- 增益高，适合需要较大放大倍数的场合；- 稳定性好，不易受外部环境影响。
缺点：- 输入阻抗较高，不适合需要高输入阻抗的场合；- 输出阻抗较低，对负载影响较大。
2. 共栅放大器的优点：- 输入阻抗低，适合需要高输入阻抗的场合；- 输出阻抗高，对负载影响小。
缺点：- 增益低，适合需要较小放大倍数的场合；- 稳定性好，但对外部环境影响较大。
结论从上面的比较可以看出，共源放大器和共栅放大器在原理、特点、优缺点等方面都有着明显的差异。
在实际应用中，需要根据具体的放大要求和环境条件来选择适合的放大器类型。
在一些需要较大放大倍数和稳定性较高的场合，可以选择共源放大器；而在一些需要高输入阻抗和低输出阻抗的场合，可以选择共栅放大器。
希望本文的介绍可以对大家有所帮助。
扩展部分：共源放大器和共栅放大器的应用共源放大器和共栅放大器作为常见的放大器电路，在电子电路中有着广泛的应用。
共源级放大器分析
PHI=0.9 LAMBDA=0.1 CJSW=0.35e-11 JS=1.0e-8
PMOS LEVEL=1 VT0=-0.8 NSUB=5e+14 LD=0.09e-6 TOX=9e-9 PB=0.9 MJ=0.5 MJSW=0.3
GAMMA=0.4 PHI=0.8 U0=100 LAMBDA=0.2 CJ=0.94e-3 CJSW=0.32e-11 CGDO=0.3e-9 JS=0.5e-8
实验课2 共源级放大器分析
目标：
1、保留并查看静态工作点参数； 2、采用DC扫描获得符合要求的输入偏置电压。 3、执行AC分析获得小信号增益； 4、执行TRAN分析观察瞬态波形
MODEL
NMOS LEVEL=1 VT0=0.7 GAMMA=0.45 NSUB=9e+14 LD=0.08e-6 U0=350 TOX=9e-9 PB=0.9 CJ=0.56e-3 MJ=0.45 MJSW=0.2 CGDO=0.4e-9
可能用到的命令格式
.OP *直流工作点分析，输出直流参数在.lis文件中 .AC dec 100 0.01 1G0.01Hz,终止频率为1GHz。 .probe Vdb(out) Vp(out) *输出out节点幅频和相频特性曲线，此时可以将频率 轴(横轴)变换为频率的对数形式，便于观察幅相频特性。 Vin in 0 DC=0.8 AC=1,-180 *Vin 直流偏置为0.8v,交流均方根幅值为1 初始相位为-180度 Vin in 0 AC 1,-180 sin(0.8 0.01 1K)* Vin为正弦信号 直流偏置为 0.8，交流 分析时取均方根幅值为1，相位-180度。瞬态分析时正弦幅值为0.01频率为1k。注 意 AC均方根值取1 是为了使输出直接表示为增益值。 .Tran 1us 5ms *执行5ms的瞬态分析，计算时间间隔1us，也即每1us给出一个仿真数值。 *整个瞬态曲线由 5000个点组成。
mos管共源、共漏、共栅三种组态放大电路
mos管共源、共漏、共栅三种组态放大电路下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!共源、共漏、共栅三种组态放大电路是常见的MOS管放大电路配置，它们在集成电路设计中起到非常重要的作用。
共源级放大器电路实验报告
模拟集成电路设计基础实验报告1实验目的1.1掌握并熟练cadence 软件对原理图进行电路仿真；1.2了解基本电路的输入输出特性和工作原理；1.3深入理解mos 管参数的改变对电路的影响。
2实验要求2.1启动cadence ，建立库及Cellview 文件；2.2输入电路图；2.3设置仿真环境；2.4仿真并查看仿真结果，绘制曲线；2.5改变mos 管参数并分析结果。
2.6为了便于计算，根据一级spice 模型，nmos 器件理论值为：2ox /9.6C um fF =， s v cm u //1002p = ， s v cm u //3502n =v 7.0v TH =，41.3422510//n ox C F V s μ-≈⨯，53.83510//p ox C F V s μ-≈⨯ 3共源级放大器性能分析3.1采用电阻负载共源级3.1.1电路图图1 电阻负载的共源级电路2))(/()2/1(v out in ox n dd out v v l w C Ru v --=（忽略沟道长度调制效应）(1)直流分析dd V =1.8V,in V 参数扫描范围0-2V ，R=5k Ω，nmos 宽长比3.6u/180n=20.图2 直流仿真结果MOS 管工作在饱和区时：2))(/()2/1(V TH in ox n dd out V V l w C Ru V --=.MOS 管工作在线性区时：)V 2)(/()2/1(V 2out V V V l w C Ru V TH in ox n dd out ---=）（图3 g m 图在饱和区))(/(g m TH gs ox n V V l w C u -=，当in V >TH V 时，跨导开始增大；在线性区DS ox n V l w C u )/(g m =，当in V >m ax V 时，m g 将会下降.m ax V -TH V =2))(/()2/1(V TH in ox n dd out V V l w C Ru V --=这个仿真结果表示，当in V =0.72V 时跨导最大。
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◦ (2) 采用两种办法办法使输入到输出的电平位移量达到 700mV左右。按照自己的想法修改电路，并给出仿真结 果。
◦ (3) 将衬底接地，重新执行(1)的分析，其结果有何不同？ 为什么会有这种变化？
GAMMA=0.4 PHI=0.8 U0=100 LAMBDA=0.2 CJ=0.94e-3 CJSW=0.32e-11 CGDO=0.3e-9 JS=0.5e-8
VTO GAMMA PHI TOX NSUB LD UO LAMBDA
VSB=0时的阈值电压 体效应系数 2ɸ F 栅氧厚度 衬底掺杂浓度 源/漏侧扩散长度 沟道迁移率 沟道长度调制系数
NMOS LEVEL=1 VT0=0.7 NSUB=9e+14 LD=0.08e-6 TOX=9e-9 PB=0.9 MJ=0.45 MJSW=0.2 PMOS LEVEL=1 VT0=-0.8 NSUB=5e+14 LD=0.09e-6 TOX=9e-9 PB=0.9 MJ=0.5 MJSW=0.3
◦ (3) 手工计算共栅极的输入阻抗，并与仿真结果相比较。
设计电路，通过仿真获得下面共源共栅级电路的增 益及输出阻抗，采用100uA电流源做负载。所有器 件(W/L)=5u/0.5u。输入信号Vin是直流为1V交流 为5mV的正弦信号。共栅极的栅极偏置自行设定。
CJ CJSW PB MJ MJSW CGDO CGSO JS
单位面积的源/漏结电容 单位长度的源/漏侧壁结电容 源/漏结内建电势 CJ公式中的幂指数 CJSW公式中的幂指数 单位宽度的栅-漏交叠电容 单位宽度的栅-源交叠电容 源/漏结单位面积的漏电流
使用Avanwaves自带的计算函数f(x,y)，对波形计算。
◦ 将需要参与运算的信号，左键选定，按压滚轮拖动其至最上方的表达式栏。 ◦ 定义结果名称，点击右下方Apply。 ◦ 双击下方第三竖栏内自己定义的结果名称，得到对应的输出曲线。
PS: 关于Avanwaves自带函数的应用请参考，userguid，其负载为20k的电阻。 电源电压3.3V。 (没有特别说明时源衬短接)
共栅极电路如下图所示，负载电阻为20k。电源电 压3.3V。 衬底接地。
◦ (1) NMOS尺寸为 (W/L)=5u/0.5u，Vb=1.0V， Vin是直流为0交流为5mV的 正弦信号。通过仿真得到此 共栅极的增益，并与手工计 算结果相比较。
◦ (2) 共源级电路各种参数与上 同，这里Vin是直流为1.0V 交流为5mV的正弦小信号， 仿真得到其增益并与共栅极 增益相比较，它们的增益相 同吗？为什么？
计算机学院 甘波
1、源跟随器的电压跟随特性分析。 2、共栅级增益、输入阻抗的分析。 3、共源共栅放大器的增益及输出阻抗分析。
实验采用下面给出的MODEL:
GAMMA=0.45 PHI=0.9 U0=350 LAMBDA=0.1 CJ=0.56e-3 CJSW=0.35e-11 CGDO=0.4e-9 JS=1.0e-8