实验四 放大电路电路频率响应分析和仿真实验-(空白)

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=27 Vdd 1 0 dc 5 Ibias 2 0 dc 100u

M3 2 2 1 1 pmos w=100u l=1.6u M2 3 2 1 1 pmos w=100u l=1.6u M1 3 4 0 0 nmos w=100u l=1.6u Rin 5 4 180k

Vin 5 0 dc 0.849 ac 1 Cl 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=27 Vdd 1 0 dc 5 Vss 2 0 dc -5 Ibias 3 2 dc 100u Rin 4 0 180k Cin 4 0 30f Cl 3 0 10p

M1 1 4 3 2 nmos w=100u l=1.6u Iin 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=27 Vdd 1 0 dc 5 Vss 2 0 dc -5 Ibias 3 2 dc 100u Rin 4 0 180k Cin 4 0 30f CL 3 0 10p

M1 1 4 3 2 nmos w=100u l=1.6u Iin 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=27 Vdd 1 0 dc 5 Vss 2 0 dc -5 Ibias 3 2 dc 100u Rin 4 0 180k Cin 4 0 30f CL 3 0 10p

M1 1 4 3 2 nmos w=100u l=1.6u Iin 4 0 dc 0 ac 1 C1 4 5 0.17p R1 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=27 Vdd 1 0 dc 5 Ibias 6 0 dc 100u

M4 6 6 7 1 pmos w=390u l=2u M5 7 7 1 1 pmos w=390u l=2u M6 8 7 1 1 pmos w=390u l=2u M3 2 6 8 1 pmos w=390u l=2u M2 2 3 4 0 nmos w=100u l=1.6u M1 4 5 0 0 nmos w=100u l=1.6u

Cl 2 0 0.3p

Vbias 3 0 dc 2.5

Vin 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