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

Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

PMOST

NMOST


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

Cq

VV

2 , 2 ,

where


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

dxdVqWEqWvqWi cIIcdcD

2

00

21

DSDSTGS

K

oxD

VV

VTGSox

Lx

xD

vvVvLWCi

dVVxvvCWdxi

p

DS

TGScTGSDS VvLvLLLqVvv , , 0 then

TGSDSDSDSTGSpD VvvvvVvLWKi

,

21 2

DS

DS vLLv

LLL

LLLL

, 111112

FoBSoSUBSB

oBSooc

BoFBT

vNqq

vCqVV

2 , 2

where


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Συνολικές Χαρακτηριστικές Συνολικές Χαρακτηριστικές MOSTMOST

TGS

TGSTGSDSDSBSTGSpox

TGSTGSDSDSDSBSTGSpox

D

Vv

VvVvvvvVvLWC

VvVvvvvvVv

LWC

i

0

and 121

and 21

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

VvVvvvvVvLWC

VvVvvvvvVv

LWC

i

0

and 121

and 21

2

2


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

IV IV χαρακτηριστικέςχαρακτηριστικές


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

VvvVvVvvVv

and :PMOS and :NMOS

2TGSpDO VvLWKi

DO

VvDS

Do i

vi

rGSGS

1


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

gsmGSVvGS

DODODOdo vgdv

vi

diiiGSGS

gsmDOdoDODO vgIiIi


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Η Η CMOS CMOS πηγή ρεύματοςπηγή ρεύματος


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

To MOST To MOST ως αντίστασηως αντίσταση

Περιοχή “Deep Triode”:

Το MOST έχει γραμμικές χαρακτηριστικές

Η αντίσταση rΟΝ υπολογίζεται: DSTGSpDSDSTGSpD vVv

LWKvvVv

LWKi

2

21

TGSDS Vvv

m

TGSpVvDS

DON g

VvLWK

vi

rGSGS

11


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Ο Ο CMOS CMOS ΔιακόπτηςΔιακόπτης


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

Φnv

DSΦnv

SSB

Φnv

DSΦnv

SSB

eIeIi

eIeIi

saturation 0 GDv

vVvLWKi Tp 1

21 2


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

VVVLWKtdvVVV

LWK

tdvVVVVLWKtdititi

BD

g

BoBTGpD

r

I

BTGp

GD

g

BTGpDDd

mb

o

DO

m

122

1

1

2

bmbdsDgm

bDmbdsDOgDmd

vgvItvg

vVgvItvVgti

11

DSBG iiii and 0


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

LmVvGS

DO

DO

o

VvGS

OvLDODDO Rg

vi

iv

vvARiVv

GSGSGSGS

oL

oLDSm

VvGS

DO

DO

O

VvGS

Ov

LDO

LDODDOLODODDO

rRrRVg

vi

iv

vvA

RiRiVvRviVv

GSGSGSGS

1

11

gsGSGSdsDSDS vVvvVv and

LON

ONDDo Rr

rVv

FSAv

1


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

RVIVVrRrRVgv

rRrRiv

)( where

1


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

mTGSpVvGS

D gVVLWK

vi

GSGS

DSmDSTGSpVvGS

D VgVVVLWK

vi

GSGS

11

DDOo IIr

11

Bo

mDBo

BTGpVvBS

D

VgV

VVVV

LWK

vi

BSBS

21

2


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Ενισχυτές Ενισχυτές CSCS με φορτίο Διόδου με φορτίο Διόδου

Περιοχή λειτουργίας (Κορεσμός):

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

VvvVVvVVvVVv

1

222

1112 TSSIN

P

PTDDOUT VVv

LWKLWKVVv

ININININ VvIN

T

P

P

VvIN

OUTv v

vLWKLWK

vvA

2

222

111

BSo

vVvIN

OUT

VvOUT

T

VvIN

T

V

Avv

vv

vv

ININOUTOUTININ

2 where

22


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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:

11

11 mmo

oD ggr

rr

12||

2

11

m

moDm

in

out

VvIN

OUTv g

grrgvv

vvA

ININ


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

LW

KIgLW

KIIVVLW

Kg PDmPBDTGSPm

11

1

222

111

BTSSIN

TSSIN

P

P

VvIN

OUT

IVVVVVV

LWKLWK

vv

INin


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Ενισχυτής Ενισχυτής CSCS με πηγή ρεύματος με πηγή ρεύματος

Περιοχή λειτουργίας (Κορεσμός):

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

VVVI

A

113111

114

2121 || oommv rrggA


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

LWK

ii where12

2

SoomS

Soommm

o

SmSm

IN

DSoGSDSm

VvVvIN

OUTm

RrrgRRrrg

GGrR

GRg

vvrvVg

vi

GOUTOUTININ

11

1 1

,

LOUTmVvVvIN

OUTL

VvVvIN

OUTv RZG

vi

Rvv

AOUTOUTININOUTOUTININ

||,,

SoomSoSOUToOUTSOUTSm

OUT

DSoGSDSm

VvVvOUT

OUTOUT

RrrgRrRZrZRZRg

vvrvVg

vi

ZOUTOUTININ

11

1

111

1

,

1


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

RrrgRRrrg

GGrR

GRg

vvrvVg

vi

Gout

11

1 1

0

OUTLmVvVvin

outL

Rivin

outv ZRG

vi

Rvv

AOUTOUTININLoutout

||,

SoomSoSOUToOUTSOUTSm

out

dsogsDSm

vout

outOUT

RrrgRrRZrZRZRg

vvrvVg

vi

Zin

11

1

111

1

0

1

D

opDTGSpm Ir

LWKIVV

LWKg

1 and 2


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

RrrgRRrrg

GrR

GRgv

vgvrvgG

11

111

SoomSoSout

bsmbdsogsmOUT RrrgRrR

vvgvrvg

Z

111

1

mbm

BSoGS

D

BS

T

T

D

BS

D

oBSoT

ggVv

ivV

Vi

vi

VV

2

and

OUTLmv ZRGA ||


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

gRrrgR

RrrgG 1

1111

11111mSoSoomSoSOUT gRrRrrgRrRZ

OUTLmv ZRGA ||


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

Ρεύμα φορτίου στον κορεσμό:

Δυναμικό Εξόδου:


Αντίσταση Εξόδου (dvIN=0):

OUTDDDS

OUTINGSDSTGS

pDOUT vVv

vvvvVv

LWK

ii where12

2

om

omR

oLm

oLm

VvVvIN

OUTv rg

rgrRg

rRgvv

AL

OUTOUTININ

11||11||

,

omOUTomOUT

BSmbDSoGSDSm

VvVvOUT

D

VvVvOUT

OUTOUT

rgZrgv

vgvrvVg

vi

vi

ZOUTOUTININOUTOUTININ

||11 11

1

,,

1

OUTDDTOUTINp

LOUT vvVvvLWK

Rv 12

2


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Ακόλουθος Πηγής - ΙΚΑΣΑκόλουθος Πηγής - ΙΚΑΣ

Στοιχεία ΙΚΑΣ:

Δυναμικό Εξόδου:



om

omR

oLm

oLm

VvVvin

outv rg

rgrRg

rRgvv

AL

OUTOUTININ

11||11||

,

omOUTomout

bsmbdsogsm

vout

d

vout

outOUT

rgZrgv

vgvrvg

vi

vi

Zinin

||11 111

00

1

LOUT

L

om

ominout RZ

Rrg

rgvv

11

D

opDTGSpm Ir

LWKIVV

LWKg

1 and 2


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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

RvRRIRR

RVv

RIvRR

RvRRIRR

RVv

B

B

||

||

IN

Lm

LmIN

TBL

TBLOUT

L

OUTTOUTPTOUTN

vRg

Rgv

VVRVVR

v

Rv

VvvVvv

212

414

22


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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.


Univ

ersit

y of

The

ssal

yUn

iver

sity

of T

hess

aly

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

Com

pute

r & T

elec

omm

unica

tions

Eng

inee

ring

Dpt.

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