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。
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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。
共源共栅放大器实验报告材料
实验名称：共源共栅放大器设计实验目的：1.了解共源共栅级放大器的基本工作原理及相关优缺点2.学会CMOS电路中的基本参数的设计和分析参数之间的折中关系3. 共源共栅放大器设计及仿真实验设备及型号：orcd仿真软件实验原理及实验步骤：实验原理：共栅级的输入信号可以是电流，共源级可以可以将电压信号转换为电流信号。
共源共栅级的级联叫做共源共栅结构。
共源共栅级的输出阻抗很高通过计算Rout可得Rout约=（gm1+gmb2）r o2r o1也就是说M2将M1的增益提高至原来的（gm1+gmb2）r o2倍其还可以扩展为三个或多个以获得更高的输出电阻但这需要额外的电压余度共源共栅结构不仅可以作为放大器而且可以作为恒定电流源高的输出阻抗接近一个理想电流源本次需要仿真的pmos 共源共栅负载的nmos 共源共栅放大器即是如此。
在某种意义上，共源共栅晶体管结构“屏蔽”输入器件使它不受输出节点电压变化的影响。
这种共源共栅结构屏蔽特性在许多电路中是非常有用的 实验步骤：由于共源共栅放大器的电路图已给出，所以电路设计省略 2.按所给设计图绘制相应电路图所得电路图如下0.65FREQ = 1kVAMP VOFF = 03.根据题目要求先对其进行相应仿真 1）设置静态工作点和器件参数。
如此处静态输出电压Vout=3v Vcc=6v Vb1=5.13v Vb2=4.88v Vb3= 0.904v 等2）：设定静态电流。
①设定长L=2u②调试WL主要是调试W，要使静态电流为100uA,L固定以后，就调节W来达到需要的电流。
此处用快速扫描的方法来调试出所需W的大小待所需各个管的w值扫描出后③bias point 仿真检验电流i是否达到要求。
3）根据题目要求进行相应的交流仿真。
以下是相关的扫描实验数据扫描w的值测得MN1 管w的值为104.5u测得MN2 管w的值为92.7u注：此时测得的MN2管w的值是加了一个稳定电压Va=0.25v的当没加Va时测得MN2 管w的值为90.1u测得MP2 管w的值为179.5u测得MP1管w的值为205ubias point 仿真检验。
实验四 放大电路电路频率响应分析和仿真实验-(空白)
实验四放大电路电路频率响应分析和仿真实验1 实验要求与目的（1）. 熟悉Hspice 编程语言和文件格式；（2）. 通过实验掌握Hspice软件的基本用法；（3）. 通过实验了解共源放大器、源极跟随器和共源共栅增益级放大电路频率响应分析和仿真。
2 实验原理（1）. 共源放大器电路分析为了进行高频分析，图1中共源放大器的小信号等效电路如图2 所示。
这里，Cgs1 是M1 的栅极－源极电容。
注意，我们已经假设输入源极的输出电容可以忽略。
电容C2 由M1和M2 的漏极－ 衬底电容与负载电容CL 的并联组成。
CL 一般占主导地位。
图1 电流源负载共源放大器图2 共源放大器高频分析的小信号模型（2）. 源极跟随器放大器电路分析图4 源极跟随器频率响应的结构图5源极跟随器的一个等效小信号模型加补偿后源极跟随器（3） 共源共栅增益级3，实验步骤(1) 共源放大器a) Hspice仿真SP文件如下：.title Common-Source Amp Frequency Test.option post=2 numdgt=7 tnom=27Vdd 1 0 dc 5Ibias 2 0 dc 100uM3 2 2 1 1 pmos w=100u l=1.6uM2 3 2 1 1 pmos w=100u l=1.6uM1 3 4 0 0 nmos w=100u l=1.6uRin 5 4 180kVin 5 0 dc 0.849 ac 1Cl 3 0 0.3p.op.ac dec 20 1k 100Meg.print vdb(3).MODEL nmos NMOS LEVEL=3，TOX=1.8E-8，LD=0.08U，+UO=500，VMAX=2.0E5，PHI=0.6，GAMMA=0.5，+NSUB=2.5E16，VTO=0.7，NFS=8.2E11，CGSO=2.5E-10，+CGBO=2.5E-10，CJSW=2.5E-10，CGDO=2.5E-10，MJ=0.5，+CJ=2.5E-4，PB=0.9，IS=1.0E-16，JS=1.0E-4+KF=600E-27 AF=0.8 NLEV=2 RS=600+RD=600 ETA=0.05 KAPPA=0.007 THETA=0.06+ACM=2 XJ=2.7E-7 DELTA=0.7.MODEL pmos PMOS LEVEL=3，TOX=1.8E-8，LD=0.08U，+UO=165，VMAX=2.7E5，PHI=0.80，GAMMA=0.75，+NSUB=5.5E16，VTO=-0.7，NFS=7.6E11，CGSO=2.5E-10，+CGBO=2.75E-10，CJSW=3.4E-10，CGDO=2.5E-10，MJ=0.5，+CJ=3.7E-4，PB=0.8，IS=1.0E-16，JS=1.0E-4+KF=400E-27 AF=1.0 NLEV=2 RS=1200+RD=1200 ETA=0.12 KAPPA=1.5 THETA=0.135+ACM=2 XJ=2.3E-7 DELTA=0.3.end仿真过程增益随频率变化(2) 源极跟随器放大器a) 源极跟随器HSPICE 频率分析.title source follower frequency test.option post=2 numdgt=7 tnom=27Vdd 1 0 dc 5Vss 2 0 dc -5Ibias 3 2 dc 100uRin 4 0 180kCin 4 0 30fCl 3 0 10pM1 1 4 3 2 nmos w=100u l=1.6uIin 4 0 pulse(0 -5u 10n 0 0).op.tran 0.5n 300n.print v(3).MODEL nmos NMOS LEVEL=3，TOX=1.8E-8，LD=0.08U，+UO=500，VMAX=2.0E5，PHI=0.6，GAMMA=0.5，+NSUB=2.5E16，VTO=0.7，NFS=8.2E11，CGSO=2.5E-10，+CGBO=2.5E-10，CJSW=2.5E-10，CGDO=2.5E-10，MJ=0.5，+CJ=2.5E-4，PB=0.9，IS=1.0E-16，JS=1.0E-4+KF=600E-27 AF=0.8 NLEV=2 RS=600+RD=600 ETA=0.05 KAPPA=0.007 THETA=0.06+ACM=2 XJ=2.7E-7 DELTA=0.7.MODEL pmos PMOS LEVEL=3，TOX=1.8E-8，LD=0.08U，+UO=165，VMAX=2.7E5，PHI=0.80，GAMMA=0.75，+NSUB=5.5E16，VTO=-0.7，NFS=7.6E11，CGSO=2.5E-10，+CGBO=2.75E-10，CJSW=3.4E-10，CGDO=2.5E-10，MJ=0.5，+CJ=3.7E-4，PB=0.8，IS=1.0E-16，JS=1.0E-4+KF=400E-27 AF=1.0 NLEV=2 RS=1200+RD=1200 ETA=0.12 KAPPA=1.5 THETA=0.135+ACM=2 XJ=2.3E-7 DELTA=0.3.end仿真过程源极跟随器的阶跃响应没有补偿.title source follower frequency test.option post=2 numdgt=7 tnom=27Vdd 1 0 dc 5Vss 2 0 dc -5Ibias 3 2 dc 100uRin 4 0 180kCin 4 0 30fCL 3 0 10pM1 1 4 3 2 nmos w=100u l=1.6uIin 4 0 dc 0 ac 1.op.ac dec 20 1k 1GEG.print vdb(3).MODEL nmos NMOS LEVEL=3，TOX=1.8E-8，LD=0.08U，+UO=500，VMAX=2.0E5，PHI=0.6，GAMMA=0.5，+NSUB=2.5E16，VTO=0.7，NFS=8.2E11，CGSO=2.5E-10，+CGBO=2.5E-10，CJSW=2.5E-10，CGDO=2.5E-10，MJ=0.5，+CJ=2.5E-4，PB=0.9，IS=1.0E-16，JS=1.0E-4+KF=600E-27 AF=0.8 NLEV=2 RS=600+RD=600 ETA=0.05 KAPPA=0.007 THETA=0.06+ACM=2 XJ=2.7E-7 DELTA=0.7.MODEL pmos PMOS LEVEL=3，TOX=1.8E-8，LD=0.08U，+UO=165，VMAX=2.7E5，PHI=0.80，GAMMA=0.75，+NSUB=5.5E16，VTO=-0.7，NFS=7.6E11，CGSO=2.5E-10，+CGBO=2.75E-10，CJSW=3.4E-10，CGDO=2.5E-10，MJ=0.5，+CJ=3.7E-4，PB=0.8，IS=1.0E-16，JS=1.0E-4+KF=400E-27 AF=1.0 NLEV=2 RS=1200+RD=1200 ETA=0.12 KAPPA=1.5 THETA=0.135+ACM=2 XJ=2.3E-7 DELTA=0.3.end仿真过程源极跟随器的电压增益曲线b) 加补偿后源极跟随器HSPICE频率分析.title source follower frequency test.option post=2 numdgt=7 tnom=27Vdd 1 0 dc 5Vss 2 0 dc -5Ibias 3 2 dc 100uRin 4 0 180kCin 4 0 30fCL 3 0 10pM1 1 4 3 2 nmos w=100u l=1.6uIin 4 0 dc 0 ac 1C1 4 5 0.17pR1 5 0 49.3k.op.ac dec 20 1k 1GEG.print vdb(3).MODEL nmos NMOS LEVEL=3，TOX=1.8E-8，LD=0.08U，+UO=500，VMAX=2.0E5，PHI=0.6，GAMMA=0.5，+NSUB=2.5E16，VTO=0.7，NFS=8.2E11，CGSO=2.5E-10，+CGBO=2.5E-10，CJSW=2.5E-10，CGDO=2.5E-10，MJ=0.5，+CJ=2.5E-4，PB=0.9，IS=1.0E-16，JS=1.0E-4+KF=600E-27 AF=0.8 NLEV=2 RS=600+RD=600 ETA=0.05 KAPPA=0.007 THETA=0.06+ACM=2 XJ=2.7E-7 DELTA=0.7.MODEL pmos PMOS LEVEL=3，TOX=1.8E-8，LD=0.08U，+UO=165，VMAX=2.7E5，PHI=0.80，GAMMA=0.75，+NSUB=5.5E16，VTO=-0.7，NFS=7.6E11，CGSO=2.5E-10，+CGBO=2.75E-10，CJSW=3.4E-10，CGDO=2.5E-10，MJ=0.5，+CJ=3.7E-4，PB=0.8，IS=1.0E-16，JS=1.0E-4+KF=400E-27 AF=1.0 NLEV=2 RS=1200+RD=1200 ETA=0.12 KAPPA=1.5 THETA=0.135+ACM=2 XJ=2.3E-7 DELTA=0.3.end仿真过程源极跟随器的电压增益曲线(3) 共源共栅增益级a) Hspice仿真.title Cascode AMP frequency test.option post=2 numdgt=7 tnom=27Vdd 1 0 dc 5Ibias 6 0 dc 100uM4 6 6 7 1 pmos w=390u l=2uM5 7 7 1 1 pmos w=390u l=2uM6 8 7 1 1 pmos w=390u l=2uM3 2 6 8 1 pmos w=390u l=2uM2 2 3 4 0 nmos w=100u l=1.6uM1 4 5 0 0 nmos w=100u l=1.6uCl 2 0 0.3pVbias 3 0 dc 2.5Vin 5 0 dc 0.8425 ac 1.op.ac dec 10 0.1 1000Meg.print vdb(2).MODEL nmos NMOS LEVEL=3，TOX=1.8E-8，LD=0.08U，+UO=500，VMAX=2.0E5，PHI=0.6，GAMMA=0.5，+NSUB=2.5E16，VTO=0.7，NFS=8.2E11，CGSO=2.5E-10，+CGBO=2.5E-10，CJSW=2.5E-10，CGDO=2.5E-10，MJ=0.5，+CJ=2.5E-4，PB=0.9，IS=1.0E-16，JS=1.0E-4+KF=600E-27 AF=0.8 NLEV=2 RS=600+RD=600 ETA=0.05 KAPPA=0.007 THETA=0.06+ACM=2 XJ=2.7E-7 DELTA=0.7.MODEL pmos PMOS LEVEL=3，TOX=1.8E-8，LD=0.08U，+UO=165，VMAX=2.7E5，PHI=0.80，GAMMA=0.75，+NSUB=5.5E16，VTO=-0.7，NFS=7.6E11，CGSO=2.5E-10，+CGBO=2.75E-10，CJSW=3.4E-10，CGDO=2.5E-10，MJ=0.5，+CJ=3.7E-4，PB=0.8，IS=1.0E-16，JS=1.0E-4+KF=400E-27 AF=1.0 NLEV=2 RS=1200+RD=1200 ETA=0.12 KAPPA=1.5 THETA=0.135+ACM=2 XJ=2.3E-7 DELTA=0.3.end仿真过程共源共栅增益级的电压增益曲线。
共源、共栅、源跟随器在高频下的输入输出阻抗
共源、共栅、源跟随器（Common Source, Common Gate, Source Follower）是场效应晶体管（FET）的三种基本放大电路，广泛应用于射频电子、通信、无线电频率等领域。
在高频工作条件下，输入输出阻抗的特性对电路性能至关重要。
本文将从输入输出阻抗的概念、共源、共栅、源跟随器的工作原理以及高频特性等方面进行探讨。
1. 输入输出阻抗的概念输入输出阻抗是指电路在特定输入或输出端口的电压与电流之比，通常用来描述电路对外部输入或输出信号的响应特性。
在高频电路中，输入输出阻抗的匹配与稳定对于保证信号传输的准确性和增益稳定性至关重要。
2. 共源放大器的输入输出阻抗共源放大器是一种基本的场效应晶体管放大电路，具有较高的电压增益和较低的输出阻抗。
在高频下，共源放大器的输入阻抗受到场效应晶体管的传输线效应和电容效应的影响，通常需要匹配输入阻抗以提高高频性能。
输出阻抗方面，由于场效应晶体管的漏极-源极电容和漏极-栅极电容的存在，导致输出阻抗在高频条件下增大，降低了信号的传输能力。
3. 共栅放大器的输入输出阻抗共栅放大器是另一种常用的场效应晶体管放大电路，具有较低的输入阻抗和较高的电压增益。
在高频下，共栅放大器的输入阻抗受到栅极-漏极电容的影响，导致输入阻抗降低，同时增大了电路对输入信号源的影响。
输出阻抗方面，由于场效应晶体管的漏极-源极电容和漏极-栅极电容，同样存在输出阻抗增大的问题。
4. 源跟随器的输入输出阻抗源跟随器是一种特殊的场效应晶体管放大电路，具有较低的输入阻抗和较高的输出阻抗。
在高频下，源跟随器的输入阻抗主要受到栅极-漏极电容的影响，通常需要采取相应的措施来降低输入阻抗。
输出阻抗方面，由于源极跟随输入信号的变化，使得输出阻抗随之减小，提高了电路的信号传输能力。
5. 高频条件下的输入输出阻抗匹配在高频工作条件下，输入输出阻抗的匹配对于保证电路性能至关重要。
对于共源、共栅、源跟随器等放大电路，需要通过相应的电容、电感匹配网络来优化输入输出阻抗，同时减小传输线效应和电容效应的影响，提高电路的高频性能。
共源共栅放大器
共源共栅放大器姓名：郭佛威学号：2140320071共源共栅放大器源共栅放大器又称为级联放大器，是共源极和共栅极的级联。
由于共源放大级把电压信号转换为电流信号，而共栅放大级的输入信号为电流信号，故可把共源与共栅放大电路级联起来构成了共源共栅放大器，如右图所示。
M1产生正比于V in的小信号漏电流而M2电流流过R D，M1为输入器件，M2为级联器件，且M1与M2具有相同的电流。
偏置条件：M1和M2均工作在饱和区即V b≥ V in + V GS2 -V TH1；V out≥ V in-V TH1+V GS2-V TH21.共源共栅——大信号特性分析：输入—输出特性曲线1.1大信号特性：V in≤V TH1，M1，M2处于截止状态，V out=V DD,且V X≈ V b -V TH2 (忽略亚阈值导通)；当Vin≥V TH1，M1产生电流，V out则降低，V GS2上升而V X下降。
V in>V TH1，开始出现电流，V out下降，V X下降，到一定值时M1或M2 进入线性区，增益（V out曲线的斜率）减小。
1.2输出摆幅：M1工作在饱和区：V A=V b-V GS2≥V ov1=V in-V t1V b≥V in+V GS2-V t1M2工作在饱和区：V out≥V b-V t2≥V in+V GS2-V t1-V t2=V ov1+V ov2为了使M4工作在饱和区：V out<V DD-|V GS4-V TH4|所以输出摆幅为：V on1+V on2<V out<V DD-|V GS4-V TH4|2.共源共栅级______小信号特性2.1增益:当两个晶体管工作在饱和区时；假设两个管子的λ均等于0，由于输入管产生的漏电流必定流过整个共源共栅级电路，所以A V=V out/V in=-g m1V1R D/V in，而V1= V in，所以A V=-g m1R D。
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。
共源共栅差分放大电路
共源共栅差分放大电路
共源共栅差分放大电路是一种常用的差分放大电路结构。
它由两个MOSFET （MOS场效应晶体管）组成，一个作为共源放大器，另一个作为共栅放大器，通过它们的互补工作，使得差分输入信号能够被放大并传输。
在共源共栅差分放大电路中，差分输入信号被分别输入到两个MOSFET的源极，而栅极则分别连接到共源放大器和共栅放大器的输出信号。
通过这种方式，当输入差分信号变动时，共源放大器和共栅放大器的工作状态会相应调整，使得差分信号被放大，而共模信号（即两个输入信号的平均值）则不会被放大。
共源共栅差分放大电路具有以下特点：
1.具有高增益和高输入阻抗，能够放大微弱的差分信号。
2.具有良好的共模抑制比，能够抑制共模信号的放大，减小对差分信号的干扰。
3.输出信号的相位与输入信号相反，可以实现相位反转的功能。
这种差分放大器常用于模拟电路中，如操作放大器、振荡器、滤波器等电路中。
它在信号处理和通信系统中起着重要的作用。
三种基本组态放大电路
3.2 三种基本组态放大电路掌握三极管三种组态放大电路的工作原理； 会对放大电路的主要性能指标进行分析；了解场效应管放大电路的工作原理。
一、共发射极放大电路（一）电路的组成直流电源V CC 通过R B1、R B2、R C 、R E 使三极管获得合适的偏置，为三极管的放大作用提供必要的条件， R B1、R B2称为基极偏置电阻，R E 称为发射极电阻，R C 称为集电极负载电阻，利用R C 的降压作用，将三极管 集电极电流的变化转换成集电极电压的变化，从而实现信号的电压放大。
与R E 并联的电容C E ，称为发射极 旁路电容，用以短路交流，使R E 对放大电路的电压放大倍数不产生影响，故要求它对信号频率的容抗越小 越好，因此，在低频放大电路中ＣＥ通常也采用电解电容器。
（二）直流分析断开放大电路中的所有电容，即得到直流通路，如下图所示，此电路又称为分压偏置式工作点 稳定直 电流通路。
电路工作要求：I 1≥ (5 ~ 10)I BQ ，U BQ ≥ (5 ~ 10)U BE Q求静态工作点Q：方法1.估算稳定Q点的原理：方法2.利用戴维宁定理求IBQ（三）性能指标分析将放大电路中的C1、C2、CE短路，电源VCC短路，得到交流通路，然后将三极管用H参数小信号电路模型代入，便得到放大电路小信号电路模型如下图所示。
E1.电压放大倍数2.输入电阻二、共集电极放大电路(射极输出器、射极跟随器) （二）性能指标分析1.电压放大倍数2.输入电阻R 'L = R E // R L3.输出电阻共集电极电路特点 共集电极电路用途 1.U o 与U i 同相，具有电压跟随作用 1.高阻抗输入级 2.无电压放大作用 A u <1 2. 低阻抗输出级 3.输入电阻高；输出电阻低 3.中间隔离级例题2.电路如图所示，已知三极管的β=120，R B = 300 k Ω，r 'bb = 200 Ω，U BEQ = 0.7 V R E = R L = R s = 1 k Ω，V CC = 12V 。
共源共栅放大器的分析
共源共栅放大器的分析共源共栅放大器的分析本学期学习了《集成电路设计方法》这一门课程，感谢谢老师一直悉心地教导，让我们收获良多。
通过这门课程，我们对集成电路工艺、mos器件有了一点了解，知道怎样使用EDA软件，以及掌握了一些基本的集成电路的分析与设计方法。
其中，共源共栅放大器那一节课令我印象深刻，下面我就以这一小节为例，来谈谈我听课后的感受和收获。
共源共栅级的级联叫做共源共栅结构，如图1所示，它显示了共源共栅电路的基本结构：M1产生与输入电压V in成正比的小信号漏电流，将输入电压信号转变为电流信号；M2仅仅使电流流经R D，将源极的电流信号传输到输出。
图1 共源共栅结构课上老师给我们分析了共源共栅放大器的大信号特性（传输特性、输出电压范围）、小信号特性（增益、输出阻抗）、作用、高频特性与噪声特性。
下面我详细说说我的理解。
大信号特性：当V in≤V t1时，M1、M2截止；当V i n≥V t1时，M1、M2都饱和；而V in足够大时，M1进入线性区，M2也进入线性区。
如图二所示。
图2 共源共栅级的输入—输出特性分析偏置条件：为了保证M1工作于饱和区，必须满足Vx ≥Vin-Vt1.假如M1和M2都处于饱和区，则VX 主要由Vb决定：V x=V b-V GS2。
因此V b≥V in+V GS2-V t1 ,如图3 所示。
为了保证M2饱和，必须满足Vout ≥Vb-VT2,如果Vb的取值是M1处于饱和区边缘，则Vout ≥Vin-Vt1+VGS2-Vt2。
从而保证M1和M2工作在饱和区的最小输出电平等于M1和M2的过驱动电压之和。
图3 共源共栅电路的偏置电压。
共源共栅放大器
郭佛威
共源共栅放大器
共源共栅放大器又称为级联放 大器，是共源极和共栅极的级
联。
由于共源放大级把电压信号转 换为电流信号，而共栅放大级 的输入信号为电流信号，故可 把共源与共栅放大电路级联起
来构成了共源共栅放大器，如
图所示。
共源共栅级 大信号特性
偏置条件：M1和M2均工作在饱和区 即 Vb ≥ Vin + VGS2 -VTH1 Vout ≥ Vin -VTH1+VGS2-VTH2
3.具有屏蔽特性
不足 1.输出电压摆幅因层叠的MOS管而有所损失，这在低电 源电压运用中是致命的缺点 2.折叠式共源共栅级直流功耗大
THE END THANK YOU
摆幅，Von1+Von2<Vout<VDD-|VGS4-VTH4|
共源共栅级——小信号特性
增益
两个晶体管工作在饱和区；假设λ= 0，
由于输入管产生的漏电流必定流过 整个共源共栅级电路，所以
AV=Vout/Vin=-gm1V1RD/Vin
而V1= Vin ，所以AV=-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。
↖
g m 2 g mb 2 1 g m1
g m1 g m 2 2CGD1 CGD1
共源共栅放大器频率特性分析
节点Y：密勒近似
CY CDB 2 CL CGD 2 RY RD
g m 2 g mb 2 ro1ro 2 RD
提高增益的两种方法：1、采用共源共栅增大增益
2、在给定的偏置电流情况下通过增大输入晶体管的长度来增大增益
假设共源级的输入管的长度变为原来的四倍而宽度保持不变
实验三 源跟随器、共栅、共源共栅放大器分析
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
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
◦ (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x,y)，对波形计算。
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？
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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