Διαλέξεις στην Ηλεκτρονική Ι

Διαλέξεις στην Ηλεκτρονική ΙΔιαλέξεις στην Ηλεκτρονική Ι

Π. Δ. Δημητρόπουλος

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας - Πολυτεχνική ΣχολήΤμήμα Μηχανικών Η/Υ, Τηλεπικοινωνιών & Δικτύων

Π. Δ. Δημητρόπουλος Διαλέξεις στην Ηλεκτρονική Ι 2

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Η δομή του Η δομή του MOSTMOST((Metal-Oxide-Semicoductor Transistor)Metal-Oxide-Semicoductor Transistor)

PMOST

NMOST


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Καταστάσεις λειτουργίας Καταστάσεις λειτουργίας MOSTMOST

Το MOST ως πυκνωτής

Κατάσταση Συσσώρευσης

Κατάσταση Απογύμνωσης

Κατάσταση Αναστροφής

Δυναμικό Κατωφλίου Τάση VGB για την οποία το κανάλι γίνεται n-τύπου

GBCBSDS qqqqvv and 0

GB

BBGS v

qCqqv

and , 0

GB

BBGST v

qCqqvV

and , 0

GB

cBBcTGS v

qqCqqqVv

and ,

FooSUBSBox

Sox

oc

BoFBT

Nqqt

C

C

qVV

2 , 2 ,

where


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

DCDC χαρακτηριστικές χαρακτηριστικές I-VI-V

Δυναμικό v(x), v(L)-v(0)=vDS

Φορτίο καναλιού (Cb/m2)

Ρεύμα μετατόπισης

Συνολική εξίσωση ρεύματος

Διαμόρφωση Μήκους Καναλιού

Ρεύμα κορεσμού

Προσέγγιση μεγάλου καναλιού

Φαινόμενο Σώματος, vSB>0

ionApproximat Channel Gradual : and 0 ||EEvDS

0 and BSTGSoxTGXoxc vVxvvCVvCxq

dx

dVqWEqWvqWi cIIcdcD

2

00

2

1DSDSTGS

K

oxD

VV

V

TGSox

Lx

x

D

vvVvL

WCi

dVVxvvCWdxi

p

DS

TGScTGSDS VvLvLLLqVvv , , 0 then

TGSDSDSDSTGSpD VvvvvVvL

WKi

,

2

1 2

DS

DS vL

Lv

LL

L

LLLL

, 11111

2

FoBSoSUBSB

oBSooc

BoFBT

vNqq

vC

qVV

2 , 2

where


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Συνολικές Χαρακτηριστικές Συνολικές Χαρακτηριστικές MOSTMOST

TGS

TGSTGSDSDSBSTGSpox

TGSTGSDSDSDSBSTGSpox

D

Vv

VvVvvvvVvL

WC

VvVvvvvvVv

L

WC

i

0

and 12

1

and 2

1

2

2

P-Channel MOS Transistor

N-Channel MOS Transistor

DSBG iiii and 00 and 0 BSDS vv

0 and 0 BSDS vv DSBG iiii and 0

TGS

TGSTGSDSDSBSTGSpox

TGSTGSDSDSDSBSTGSpox

D

Vv

VvVvvvvVvL

WC

VvVvvvvvVv

L

WC

i

0

and 12

1

and 2

1

2

2


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

IV IV χαρακτηριστικέςχαρακτηριστικές


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

To MOSTTo MOST ως πηγή ρεύματος ως πηγή ρεύματος

Λειτουργία στην περιοχή κορεσμού:

Πηγή ρεύματος ελεγχόμενη από την τάση vGS:

Πολύ μεγάλη αντίσταση εξόδου παράλληλα με την πηγή:

TGSDSTGS

TGSDSTGS

VvvVv

VvvVv

and :PMOS

and :NMOS

2TGSpDO Vv

L

WKi

DO

VvDS

Do i

v

ir

GSGS

1


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Το κέρδος Διαγωγιμότητας Το κέρδος Διαγωγιμότητας ggmm

Στην πηγή VGS προστίθεται ένα μικρό χρονικά μεταβαλλόμενο σήμα vgs:

Η μεταβολή του ρεύματος της πηγής είναι:

Το ρεύμα iDO είναι η υπέρθεση των IDO(VGS) και ido(vgs):

gsGSGS vVv

gsmGS

VvGS

DODODOdo vgdv

v

idiii

GSGS

gsmDOdoDODO vgIiIi


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Η Η CMOS CMOS πηγή ρεύματοςπηγή ρεύματος


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

To MOST To MOST ως αντίστασηως αντίσταση

Περιοχή “Deep Triode”:

Το MOST έχει γραμμικές χαρακτηριστικές

Η αντίσταση rΟΝ υπολογίζεται:

DSTGSpDSDSTGSpD vVvL

WKvvVv

L

WKi

2

2

1

TGSDS Vvv

m

TGSp

VvDS

DON g

VvL

WK

v

ir

GSGS

11


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ο Ο CMOS CMOS ΔιακόπτηςΔιακόπτης


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Το Το MOSTMOST ως δίοδος ως δίοδος

Ορθή πόλωση επαφών SB και DB

“Diode Connected Load”

Δίοδος παράλληλα με αντίσταση ro

11 :PMOS

11 :NMOS

T

DB

T

SB

T

BD

T

BS

Φn

v

DSΦn

v

SSB

Φn

v

DSΦn

v

SSB

eIeIi

eIeIi

saturation 0 GDv

vVvL

WKi Tp 1

2

1 2


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Το μοντέλο Το μοντέλο SPICE MOS LEVEL 1SPICE MOS LEVEL 1

Παράμετρος υπολογισμού ρεύματος: Παράμετρος καθορισμού

μοντέλου:• LEVEL=1

Βασικές παράμετροι:• KP, VTO

Διαμόρφωση Μήκους Καναλιού:• LAMBDA

Φαινόμενο Σώματος:• GAMMA, PHI

Κατασκευαστικές Παράμετροι:• LD, WD, NSUB

Παρασιτικά και επαφές SB, DB• RSH, CGDO, CGSO, CGBO, CJ, MJ,

CJSW, MJSW, PB, IS, N

.MODEL MOSP PMOS (LEVEL=1

+KP=10U VTO=-0.5 LAMBDA={LAMBDA}

+PHI=0.7 GAMMA=0.6

+LD=0 WD=0

+RSH=0 CGDO=0 CGSO=0 CGBO=0

+CJ=0 MJ=0.5 CJSW=0 MJSW=0.1

+PB=0.1)

.MODEL MOSN NMOS (LEVEL=1

+KP=10U VTO=0.5 LAMBDA={LAMBDA}

+PHI=0.7 GAMMA=0.6

+LD=0 WD=0

+RSH=0 CGDO=0 CGSO=0 CGBO=0

+CJ=0 MJ=0.5 CJSW=0 MJSW=0.1

+PB=0.1)

MN 5 3 1 1 MOSN L=1U W=10U

MP 5 4 2 2 MOSP L=1U W=10U


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ισοδύναμο Κύκλωμα Ασθενούς ΣήματοςΙσοδύναμο Κύκλωμα Ασθενούς ΣήματοςΙσοδύναμο Κύκλωμα Ασθενών ΜεταβολώνΙσοδύναμο Κύκλωμα Ασθενών Μεταβολών

Οι πηγές (τάση ή ρεύμα) ενός κυκλώματος έχουν DC τιμή. Μερικές εξ αυτών έχουν επιπλέον και μία μικρή AC συνιστώσα: Πηγή τάσης DC σε σειρά με πηγή τάσης AC Πηγή ρεύματος AC παράλληλα με πηγή ρεύματος AC

Τα δυναμικά κόμβων και τα ρεύματα κλάδων αποτελούνται: Από μία DC συνιστώσα, λόγω των DC πηγών (Σημείο Πόλωσης) Από μία AC συνιστώσα, λόγω των AC πηγών (Ασθενή Σήματα) Το Ασθενές Σήμα είναι μία μεταβολή πέριξ του Σημείου Πόλωσης

Όταν το ΑΣ είναι αρκετά μικρό, τότε:

Το ΙΚΑΣ (ΙΚΑΜ) είναι το γραμμικό κύκλωμα, στο οποίο αν εφαρμοσθούν μόνο οι AC πηγές, τα δυναμικά κόμβων και ρεύματα κλάδων είναι τα ΑΣ. Οι εξισώσεις, του ΙΚΑΣ (Kirchoff και Συντακτικές) προκύπτουν από τις αντίστοιχες του

αρχικού κυκλώματος με διαφόριση. Τα συνολικά ρεύματα και δυναμικά υπολογίζονται από υπέρθεση των ΑΣ του ΙΚΑΣ και των

τιμών πόλωσης (Ανάλυση σε σειρά Fourier).

dvvdii and


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Το ΙΚΑΣΤο ΙΚΑΣ του του MOSTMOST

Η μεταβολή του iD, που οφείλεται στις μεταβολές των vGS, vDS και vBS είναι:

Ισοδύναμα όταν λ→0:

Επιπλέον είναι:

Οι παραπάνω εξισώσεις περιγράφουν το ΙΚΑΣ του MOST

tdvVV

VVVL

WKtdvVVV

L

WK

tdvVVVVL

WKtdititi

BD

g

Bo

BTGpD

r

I

BTGp

GD

g

BTGpDDd

mb

o

DO

m

122

1

1

2

bmbdsDgm

bDmbdsDOgDmd

vgvItvg

vVgvItvVgti

11

DSBG iiii and 0


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Γραμμικά Κυκλώματα με Γραμμικά Κυκλώματα με MOSTMOST

Αρχικά μηδενίζονται οι AC πηγές: Οι AC πηγές τάσης βραχυκυκλώνονται Οι AC πηγές ρεύματος

ανοικτοκυκλώνονται Υπολογίζεται το Σημείο Πόλωσης:

DC δυναμικά κόμβων DC ρεύματα κλάδων

Κατασκευάζεται το συνολικό ΙΚΑΣ: Από το ΣΠ υπολογίζονται τα gm, ro και

gmb

Τα MOST αντικαθίστανται από το ΙΚΑΣ τους

Συνδέονται οι AC πηγές Μηδενίζονται οι DC πηγές

Υπολογίζονται τα Ασθενή Σήματα: AC δυναμικά κόμβων AC ρεύματα κλάδων

Τα συνολικά ρεύματα και τάσεις υπολογίζονται με υπέρθεση του ΣΠ και των ΑΣ


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ενισχυτής Κοινής Πηγής (Ενισχυτής Κοινής Πηγής (CSCS) με ωμικό ) με ωμικό φορτίοφορτίο

Περιοχή λειτουργίας (Κορεσμός):

Κέρδος Τάσης κορεσμού (λ→0):

Επίδραση λ≠0:

Τρίοδος → Διαιρέτης Τάσης:

Ισχύει πάντα: VGS

-1.5V -1.0V -0.5V -0.0V 0.5V 1.0V 1.5VV(5) VGS-0.5

-2.0V

0V

2.0VID(MN)

0A

40uA

80uA

120uA

SEL>>

TGSGTLDDDTGSDS VvvVRiVVvv and

Lm

VvGS

DO

DO

o

VvGS

OvLDODDO Rg

v

i

i

v

v

vARiVv

GSGSGSGS

oL

oLDSm

VvGS

DO

DO

O

VvGS

Ov

LDO

LDODDOLODODDO

rR

rRVg

v

i

i

v

v

vA

Ri

RiVvRviVv

GSGSGSGS

1

11

gsGSGSdsDSDS vVvvVv and

LON

ONDDo Rr

rVv

FSAv

1


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ενισχυτής Ενισχυτής CSCS με ωμικό φορτίο - ΙΚΑΣ με ωμικό φορτίο - ΙΚΑΣ

Λόγω του gm το ΑΣ vgs μετατρέπεται σε ΑΣ ρεύματος id , που διαρρέει την RL και επάγει ΑΣ vο στα άκρα της.

Το δυναμικό εξόδου είναι:

Τα δυναμικά πόλωσης VGS , VDS: Καθορίζουν τα gm και ro

Καθορίζουν το Αv

Καθορίζουν το μέγιστο επιτρεπτό πλάτος του ΑΣ vgs

Το VGS επιλέγεται στο μέσο του διαστήματος της περιοχής κορεσμού

Time

0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms 3.5ms 4.0ms 4.5ms 5.0msID(MN)

0A

10uA

20uA

30uA

SEL>>

VG(MN)0.4V

0.6V

0.8V

1.0V

LGSDODDDS

oL

oLDSmgs

oL

oLdoo

RVIVV

rR

rRVgv

rR

rRiv

)( where

1


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Σημειώσεις για τα στοιχεία του ΙΚΑΣΣημειώσεις για τα στοιχεία του ΙΚΑΣ

Η ακριβής τιμή του κέρδους διαγωγιμότητας όταν λ≠0 είναι:

Συνήθως όμως λαμβάνεται:

Ομοίως ισχύουν: VGS

0V 0.2V 0.4V 0.6V 0.8V 1.0V 1.2V 1.4V 1.6VID(MN)

0A

20uA

40uA

60uA

SEL>>

D(ID(MN))-200u

0

200u

400u

mTGSp

VvGS

D gVVL

WK

v

i

GSGS

DSmDSTGSp

VvGS

D VgVVVL

WK

v

i

GSGS

11

DDOo IIr

11

Bo

mD

Bo

BTGp

VvBS

D

VgV

VVVV

L

WK

v

i

BSBS

21

2


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ενισχυτές Ενισχυτές CSCS με φορτίο Διόδου με φορτίο Διόδου


Σχέση Εισόδου-Εξόδου (λ→0):

Κέρδος Τάσης:

Body Effect:

VGS

0V 0.2V 0.4V 0.6V 0.8V 1.0V 1.2V 1.4V 1.6VV(5) VGS-0.5

0V

0.5V

1.0V

SEL>>

D(V(5))-4.0

-2.0

0

2.0

1

211 and

TOUTIN

TDDOUTTSSINTSSIN

Vvv

VVvVVvVVv

1

222

1112 TSSIN

P

PTDDOUT VVv

LWK

LWKVVv

ININININ VvIN

T

P

P

VvIN

OUTv v

v

LWK

LWK

v

vA

2

222

111

BSo

v

VvIN

OUT

VvOUT

T

VvIN

T

V

Av

v

v

v

v

v

ININOUTOUTININ

2 where

22


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ενισχυτές Ενισχυτές CSCS με φορτίο Διόδου - ΙΚΑΣ με φορτίο Διόδου - ΙΚΑΣ

Το ΙΚΑΣ του Diode Connected MOS είναι ισοδύναμο με μία αντίσταση:

Το κέρδος τάσης υπολογίζεται από το ΙΚΑΣ:

1

1

11 mmo

oD ggr

rr

12||

2

11

m

moDm

in

out

VvIN

OUTv g

grrg

v

v

v

vA

ININ


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Χαρακτηριστικά συνδεσμολογίας Χαρακτηριστικά συνδεσμολογίας CS CS με με ΔίοδοΔίοδο

Άριστη γραμμικότητα αντιστρόφως ανάλογη του FS Το δυναμικό πόλωσης VIN επιλέγεται στο μέσο του FS Το κέρδος τάσης είναι μικρό και για να αυξηθεί χρειάζεται:

Αύξηση των διαστάσεων W/L του 1ου MOST

Αύξηση του ρεύματος πόλωσης του 1ου MOST

VGS

0V 0.2V 0.4V 0.6V 0.8V 1.0V 1.2V 1.4V 1.6VID(MN)

0A

100uA

200uA

300uA

SEL>>

D(ID(MN))0

250u

500u

0 where2 and 22

222

1

1111

1

111

L

WKIg

L

WKIIVV

L

WKg PDmPBDTGSPm

11

1

222

111

BTSSIN

TSSIN

P

P

VvIN

OUT

IVVV

VVV

LWK

LWK

v

v

INin


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ενισχυτής Ενισχυτής CSCS με πηγή ρεύματος με πηγή ρεύματος


Σχέση Εισόδου-Εξόδου (λ2=0):


Όταν vB=vIN (Inverter):

VGS

0V 0.2V 0.4V 0.6V 0.8V 1.0V 1.2V 1.4V 1.6VV(5) VGS-0.5 V(4)@1+0.5 V(4)@7+0.5

0V

0.5V

1.0V

1.5VD(V(5))

-300

-200

-100

-0

SEL>>

112 and TSSINTINOUTTB VVvVvvVV

21111

21

TSSIN

BSSOUT

VVv

IVv

omoDSm

TSSIN

Bv rgrVg

VVV

IA

113111

114

2121 || oommv rrggA


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ενισχυτής Ενισχυτής CSCS με πηγή ρεύματος με πηγή ρεύματος - - ΙΚΑΣΙΚΑΣ


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ενισχυτής Ενισχυτής CSCS με αντίσταση πηγής με αντίσταση πηγής

Ρεύμα φορτίου στον κορεσμό:

Διαγωγιμότητα (dvOUT=0):

Κέρδος Τάσης (vOUT=VDD-iD·RL):

Αντίσταση Εξόδου (dvIN=0):

SSSDOUTDS

SSSDINGSDSTGS

pDOUT VRivv

VRivvvVv

L

WKii where1

22

SoomS

Soommm

o

SmSm

IN

DSoGSDSm

VvVvIN

OUTm

RrrgR

RrrgGG

r

RGRg

v

vrvVg

v

iG

OUTOUTININ

11

1 1

,

LOUTm

VvVvIN

OUTL

VvVvIN

OUTv RZG

v

iR

v

vA

OUTOUTININOUTOUTININ

||,,

SoomSoSOUToOUTSOUTSm

OUT

DSoGSDSm

VvVvOUT

OUTOUT

RrrgRrRZrZRZRg

v

vrvVg

v

iZ

OUTOUTININ

11

1

111

1

,

1


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ενισχυτής Ενισχυτής CSCS με αντίσταση πηγής με αντίσταση πηγής - - ΙΚΑΣΙΚΑΣ

Στοιχεία ΙΚΑΣ:

Διαγωγιμότητα (vout=0):

Κέρδος Τάσης (vout=-id·RL):

Αντίσταση Εξόδου (vin=0):

SoomS

Soommm

o

SmSm

in

dsogsDSm

vin

outm

RrrgR

RrrgGG

r

RGRg

v

vrvVg

v

iG

out

11

1 1

0

OUTLm

VvVvin

outL

Rivin

outv ZRG

v

iR

v

vA

OUTOUTININLoutout

||,

SoomSoSOUToOUTSOUTSm

out

dsogsDSm

vout

outOUT

RrrgRrRZrZRZRg

v

vrvVg

v

iZ

in

11

1

111

1

0

1

D

opDTGSpm Ir

L

WKIVV

L

WKg

1 and 2


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Φαινόμενο Σώματος σε Φαινόμενο Σώματος σε CSCS ενισχυτή με ενισχυτή με αντίσταση πηγήςαντίσταση πηγής

Φαινόμενο Σώματος:

Διαγωγιμότητα (vout=0):

Κέρδος Τάσης (vout=-id·RL):


SoomS

Soom

mo

SmSm

in

bsmbdsogsmm

RrrgR

Rrrg

Gr

RGRg

v

vgvrvgG

11

111

SoomSoSout

bsmbdsogsmOUT RrrgRrR

v

vgvrvgZ

11

11

mbm

BSoGS

D

BS

T

T

D

BS

D

oBSoT

ggVv

i

v

V

V

i

v

i

VV

2

and

OUTLmv ZRGA ||


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Παρατηρήσεις στους Παρατηρήσεις στους CSCS ενισχυτές ενισχυτές

Οι ενισχυτικές διατάξεις CS αποτελούν Ενισχυτές Διαγωγιμότητας. Όταν RS=0 τότε ισχύει:

Στην περίπτωση, όπου RS0 τότε:

Παρατηρεί κανείς, ότι: Τα Av και Gm εξαρτώνται λιγότερο από την πόλωση VIN.

Η καμπύλη vOUT~vIN γίνεται περισσότερο γραμμική. Η αντίσταση εξόδου αυξάνεται και το MOST πλησιάζει περισσότερο την ιδανική

πηγή ρεύματος εξαρτώμενη από τάση.

LOUTmvoOUTmm RZGArZgG || , ,

SmS

m

SoomS

Soomm RgR

g

RrrgR

RrrgG

1

1111

11111mSoSoomSoSOUT gRrRrrgRrRZ

OUTLmv ZRGA ||


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Σύγκριση Ενισχυτών Σύγκριση Ενισχυτών CSCS με και χωρίς με και χωρίς αντίσταση πηγήςαντίσταση πηγής


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ακόλουθος Πηγής (Ακόλουθος Πηγής (Source Follower)Source Follower)

Ρεύμα φορτίου στον κορεσμό:

Δυναμικό Εξόδου:


Αντίσταση Εξόδου (dvIN=0):

OUTDDDS

OUTINGSDSTGS

pDOUT vVv

vvvvVv

L

WKii where1

22

om

omR

oLm

oLm

VvVvIN

OUTv rg

rg

rRg

rRg

v

vA

L

OUTOUTININ

11||11

||

,

omOUTomOUT

BSmbDSoGSDSm

VvVvOUT

D

VvVvOUT

OUTOUT

rgZrgv

vgvrvVg

v

i

v

iZ

OUTOUTININOUTOUTININ

||11 11

1

,,

1

OUTDDTOUTINp

LOUT vvVvvL

WKRv 1

22


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ακόλουθος Πηγής - ΙΚΑΣΑκόλουθος Πηγής - ΙΚΑΣ

Στοιχεία ΙΚΑΣ:

Δυναμικό Εξόδου:



om

omR

oLm

oLm

VvVvin

outv rg

rg

rRg

rRg

v

vA

L

OUTOUTININ

11||11

||

,

omOUTomout

bsmbdsogsm

vout

d

vout

outOUT

rgZrgv

vgvrvg

v

i

v

iZ

inin

||11 111

00

1

LOUT

L

om

ominout RZ

R

rg

rgvv

11

D

opDTGSpm Ir

L

WKIVV

L

WKg

1 and 2


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Χρήσεις του σταδίού Χρήσεις του σταδίού SFSF

Το SF στάδιο λειτουργεί ως Ενισχυτής Τάσης

Όταν λ=γ=0 τότε ο ενισχυτής είναι ιδανικός με κέρδος Av=1

Το στάδιο SF χρησιμοποιείται ως Απομονωτής (Buffer) Δίνεται η δυνατότητα

μεγάλου κέρδους τάσης σε μικρό φορτίο

Επίσης το SF χρησιμοποιείται ως Level Shifter Πόλωση σε ενισχυτές πολλών

σταδίων


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Το στάδιο Το στάδιο Push-PullPush-Pull

Τα δυναμικά vN και vP μπορούν με επαλληλία να υπολογισθούν ως εξής:

Το δυναμικό εξόδου είναι:

Για να ισχύει η προηγούμενη εξίσωση θα πρέπει VB>|VT|.

BBINB

IN

V

BBB

BSSN

BBINB

IN

V

BBB

BDDN

RIvRR

RvRRI

RR

RVv

RIvRR

RvRRI

RR

RVv

B

B

||

||

IN

Lm

LmIN

TBL

TBLOUT

L

OUTTOUTPTOUTN

vRg

Rgv

VVR

VVRv

R

vVvvVvv

21

2

41

4

22


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Cross-Over DistortionCross-Over Distortion

Στην περίπτωση κατά την οποία VB=0, όταν π.χ. IB=0 και RL, τότε ισχύει:

Όταν VB=0 τότε: Ένα MOST είναι σε αποκοπή. Το MOST, που άγει συνδυάζεται

με την RL και δίνει ένα στάδιο SF. Προφανώς vOUT=0 όταν RL

Όταν VB>|VT| τότε: Τα MOST λειτουργούν ως δύο SF

συνδεδεμένα παράλληλα Η αντίσταση εξόδου έχει τη μισή

τιμή

0 and 0 OUTDNDPTINT viiVvV


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ενισχυτές πολλών σταδίωνΕνισχυτές πολλών σταδίων

Περισσότερα στάδια CS και SF μπορούν να συνδεθούν σε σειρά. Σύνδεση μεταξύ κόμβων ίσου δυναμικού:

Δεν προκύπτει ροή ρεύματος, οπότε δεν επηρεάζεται η πόλωση. Τα ΙΚΑΣ των συνδεόμενων σταδίων παραμένουν αμετάβλητα.

Σύνδεση μεταξύ κόμβων διαφορετικού δυναμικού: Παρεμβάλλεται πυκνωτής πολύ μεγάλης χωρητικότητας (uF). Ο πυκνωτής εμποδίζει τα dc ρεύματα να διέλθουν διαμέσου του. Ο πυκνωτής μπορεί να θεωρηθεί βραχυκύκλωμα για τα AC σήματα. Τα ΙΚΑΣ των συνδεόμενων σταδίων παραμένουν αμετάβλητα Οι πυκνωτές απομονώνουν τα στάδια στην είσοδο και την έξοδο τους.


Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Un

ivers

ity o

f Th

ess

aly

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Com

pute

r &

Tele

com

munic

ati

ons

Engin

eeri

ng D

pt.

Ανάλυση ενισχυτών πολλών βαθμίδωνΑνάλυση ενισχυτών πολλών βαθμίδων

Ένα κύκλωμα πολλών βαθμίδων μπορεί να αναλυθεί σε βασικά στάδια SF και CS

Ο χωρισμός του κυκλώματος γίνεται σε κλάδους μηδενικού ρεύματος, ώστε να μην επηρεάζεται η πόλωση

Κάθε στάδιο μπορεί να περιγραφεί αυτούσια με ένα από τις τέσσερις ισοδύναμες περιγραφές διθύρου ενισχυτή Τα CS στάδια περιγράφονται

κατά προτίμηση ως ενισχυτές διαγωγιμότητας (μεγάλη αντίσταση εξόδου)

Τα SF στάδια περιγράφονται κατά προτίμηση ως ενισχυτές τάσης (μικρή αντίσταση εξόδου)

Διαλέξεις στην Ηλεκτρονική Ι

Documents

Transcript of Διαλέξεις στην Ηλεκτρονική Ι