单管放大器计算与仿真详解

单管放大器计算与仿真详解

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/m0_62489442/article/details/139314694

单管放大器是电子工程中的基础组件，广泛应用于信号处理和通信系统中。通过仿真软件进行电路仿真，可以准确预测放大器的性能参数，如电压增益和增益带宽积（GBW）。本文将详细介绍单管放大器的电路原理、静态工作点计算以及使用仿真软件进行性能分析的具体步骤。

1. 电路原理图

Vbias为电路的偏置电流
理想电阻：5k
晶体管参数：

• W=2.5u;
• finger=1
• Multiplier=1

2. 静态工作点计算

2.1电压增益

2.1.1电压增益手动计算

电路DC仿真：
设置Vbias-650mV

仿真结束后，打印MOS管静态电流参数：
仿真成功之后：

1. Result -->Print --> DC Operating Points
   2.点击原理图中的MOS管
   gm=1.172m
   gds=74.67u
   R=5k
   由上述公式可得：

2.1.2 tran仿真电压增益

1.设置偏置电压650mV
2.设置输入正弦波：frequency=300 MHz; Amplitude=10 mV
3.tran仿真时间50ns，仿真精度conservative（moderate也可以）
绘制输出波形：
注意：选择Subtract dcOP，减去直流工作点，然后选择输入和输出net，plot出图像
仿真波形：
波形使用calculator进行计算，然后点击图示按钮，绘制波形图
电压增益在-4左右波动

2.1.3 AC仿真确定电压增益

与tran仿真一样，设置ac幅度为10m
1.扫频起始频率：1~1000G（终止频率可以设置较大一些）
2.扫频模式：设置为对数扫频Logarithmic（不要选择线性扫频，否则较慢）
3.扫频点数：5（每十倍几个点）

1. Result-->Direct Plot --> AC Gain & Phase（输出结果为dB值）
2. 然后单击MOS管的输出，输入(顺序不能反)
3. 可以用calculator把dB值转化为幅值
   AC仿真幅度为：4.26

2.1.4 三种结果，|Av|增益对比

手算 tran仿真 AC仿真
4.2668 -4 4.26

2.2 增益带宽积(GBW)仿真

2.2.1 AC仿真确定GBW

1.在输出端放置一个1pF的电容
2.电路进行AC仿真（设置同上）
3.仿真结束后，plot AC Gain & Phase
4.找到dB值为0的地方，即为增益带宽积（GBW）
仿真值为：184.452 MHz

2.2.2手算GBW

由GBW计算公式：

gm由于晶体管偏置状态未发生变化，故于上文一直，进行plot结果一样：

2.2.3 GBW仿真 vs 手算

AC仿真结果 手算
184.452 MHz 186.89 MHz