Amplificatoare cu tranzistoare MOS

Download Report

Transcript Amplificatoare cu tranzistoare MOS 

Curs 08
Amplificatoare de semnal mic cu
tranzistoare
Partea II – Amplificatoare cu tranzistoare MOS
1. Amplificatoare de semnal mic
cu tranzistoare MOS
• etaj de amplificare cu tranzistor MOS în conexiunea SURSĂ COMUNĂ
• etaj de amplificare cu tranzistor MOS în conexiunea DRENĂ COMUNĂ
• etaj de amplificare cu tranzistor MOS în conexiunea GRILĂ COMUNĂ
Etaj de amplificare cu tranzistor MOS în conexiunea SURSĂ COMUNĂ
Punctul static de funcţionare
I D  k  VGS  VTH 2
1. VGS  ....
VGS  I D  RS  VGG  0
2. I D  ....
VGG 
RG1
VDD
RG1  RG 2
VDS  VDD  I D  RD  RS 
verificarea funcţionării MOS in reg.
saturaţie
Parametrii de semnal mic
Ri  RG
Ro  RD
unde RG 
RG1  RG 2
valoare medie = zeci kΩ
RG1  RG 2
valoare medie = kΩ
AV   g m  RD amplificare mare; defazaj 1800
AI  g m  RG
gm  2  k  I D
VGS  VTH
amplificare mare; defazaj 00
si VDS  VGS  VTH
Conectarea circuitelor externe la amplificator
Amplificarea in tensiune reală
Amplificarea in curent reală
 RG   RL 


AVg  AV  
 Rg  RG   RD  RL 


 Rg   RD 


AIg  AI  
 Rg  RG   RD  RL 


Condiţiile necesare pentru eliminarea
pierderilor de curent la bornele
intrare/ieşire
RG  Rg si RD  RL AIg  AI
Condiţiile necesare pentru eliminarea
pierderilor de tensiune la bornele
intrare/ieşire
RG  Rg
si RD  RL AVg  AV
Etaj de amplificare cu tranzistor MOS în conexiunea SURSĂ COMUNĂ –
varianta modificată
Punctul static de funcţionare
identic ca pentru primul amplificator
Parametrii de semnal mic
Ri  RG
unde RG 
RG1  RG 2
valoare medie = zeci kΩ
RG1  RG 2
Ro  RD valoare medie = kΩ
R
AV   D amplificare mică; defazaj 1800
RS
Etaj de amplificare cu tranzistor MOS în conexiunea DRENĂ COMUNĂ
Punctul static de funcţionare
I D  k  VGS  VTH 2
1. VGS  ....
VGS  I D  RS  VGG  0
2. I D  ....
VGG 
RG1
VDD
RG1  RG 2
VDS  VDD  I D  RS
Parametrii de semnal mic
Ri  RG
Ro 
unde RG 
RG1  RG 2 valoare medie
RG1  RG 2 = zeci kΩ
verificarea funcţionării MOS in reg.
saturaţie
VGS  VTH
1
1
gm 
RS
valoare mică = zeci Ω
AV  1 nu amplifică; defazaj 00
AI   g m  RG
amplificare mare; defazaj 1800 gm  2  k  I D
si VDS  VGS  VTH
Conectarea circuitelor externe la amplificator
Amplificarea in tensiune reală
 RG   RL 


AVg  AV  
 Rg  RG   RD  RL 


Condiţiile necesare pentru eliminarea
pierderilor de tensiune la bornele
intrare/ieşire
RG  Rg
si RD  RL AVg  AV
Amplificarea in curent reală
1




1
 gm 

 Rg  
R

S

AIg  AI  

 Rg  RG  
1

 
 RL 
 gm  1



R
S


Condiţiile necesare pentru eliminarea
pierderilor de curent la bornele intrare/ieşire
1
AIg  AI
R  R
si
 R
G
g
1
gm 
RS
L
Etaj de amplificare cu tranzistor MOS în conexiunea GRILĂ COMUNĂ
Punctul static de funcţionare
I D  k  VGS  VTH 2
1. VGS  ....
VGS  I D  RS  VGG  0
2. I D  ....
VGG 
RG1
VDD
RG1  RG 2
VDS  VDD  I D  RD  RS 
verificarea funcţionării MOS in reg.
saturaţie
VGS  VTH
Parametrii de semnal mic
Ri 
si VDS  VGS  VTH
1
gm 
1
RS
valoare mică = zeci Ω
Ro  RD
AV  g m  RD amplificare mare; defazaj 00
gm
AI  
1 nu amplifică; defazaj 1800
gm 
RS
valoare medie = kΩ
gm  2  k  I D
1
1
gm 
RS
 Rg
si
RD  RL
Conectarea
circuitelor externe la amplificator
Amplificarea in tensiune reală
1


 gm  1

RS
AVg  AV  
1
 Rg 
1

g

m

RS




  RL 
   R  R 
L
  D



Amplificarea in curent reală



Rg

AIg  AI  
1
 Rg 
1

g

m

RS




  RD 
   R  R 
L
  D



Condiţiile necesare pentru eliminarea pierderilor Condiţiile necesare pentru eliminarea
pierderilor de curent la bornele intrare/ieşire
de tensiune la bornele intrare/ieşire
1
gm 
1
RS
 Rg
si
RD  RL
AVg  AV
1
gm 
1
RS
 Rg
si
RD  RL AIg  AI
Exemplul 1: se consideră amplificatorul cu tranzistor MOS din figura de mai jos, în care, parametrii
tranzistorului MOS sunt: VTH=1V, k=0.25mA/V2. Se cer: PSF-ul tranzistorului, determinarea valorilor parametrilor
de semnal mic Ri, Ro şi Av, Ai, factorul de amplificare de tensiune real, pentru cazul în care la intrarea
amplificatorului se conectează un generator de semnal a cărui rezistenţă internă este 600Ω, iar la ieşire o
rezistenţă de sarcină de 4kΩ. Să se deseneze formele de undă ale tensiunii de intrare vG şi de ieşire vO pentru
cazul în care vG(t)=1xsint [V]. Să se determine factorul de amplificare în curent real.
Punctul static de funcţionare
ID
VDS
VGS
VGG 
RG1
VDD
RG1  RG 2
VGG 
50k
10V  5V
50k  50k
VGS  I D  RS  VGG  0 VGS  I D  2  5  0
VGG
ID
I D  k  VGS  VTH 2
I D  0.25  VGS  12
2
2
VGS  0.25  2 VGS
 0.25  2  2 VGS  0.25 1 2  5  0 0.5  VGS
 4.5  0
VGS 1  3V VGS 2  3V se alege soluţia VGS>VTH
 mA 
2 I D  1mA


I D  0.25

3
V

1
V

V 2 
VGS  3V
VDS  VDD  I D  RD  RS 
VDS  10V  1mA  4k  2k  10V  6V  4V
verificarea funcţionării MOS in reg. saturaţie VDS  VGS  VTH 4V  3V 1V
ade var at
Parametrii de semnal mic
Ri  RG
unde RG 
RG1  RG 2
RG1  RG 2
Ri 
100k 100k
 50k
100k  100k
Ro  4k
Ro  RD
gm  2  k  I D
AV   g m  RD
AI  g m  RG
Ri  50k Ro  4k
g m  2  0.25
AV  1
AI  1
mA
V2
1mA  1
mA
 4k  4
V
mA
 50k  50
V
AV  4 AI  50
mA
V
Calcularea factorului de amplificare în tensiune real
Ri  50k
AV  4
Ro  4k
50k
4k 
 RG   RL 

 
AVg  4  




AVg  AV  
 Rg  RG   RD  RL 
 50k  0.6k   4k  4k 


AVg  4  0,99 0,5 AVg  2
Formele de undă ale tensiunii de intrare şi de ieşire
volti
1
0
-1

2
vG(t) = tensiune de intrare
2
vo(t) = tensiune de ieşire
0
-2
Defazajul
de 180
Calcularea factorului de amplificare în curent real
Ri  50k
AI  50
Ro  4k
0,6k
4k 

 
 Rg   RD 
A

50








 Ig
AIg  AI 
 
0
,
6
k


50
k

4
k


4
k





 Rg  RG   RD  RL 


AIg  50  0,012 0,5 AIg  0,3
Exemplul 2: să se determine amplificarea transadmitanţă reală obţinută prin conectarea unui
amplificator de tensiune la intrarea unui amplificator transadmitanţă. Se consideră că la intrarea
amplificatorului de tensiune se conectează un generator de tensiune vG a cărui rezistenţă internă este
Rg=600Ω, iar la ieşirea amplificatorului de transadmitanţă se conectează rezistenţa de sarcină RL=10kΩ.
Se consideră că cele 2 amplificatoare au parametrii:
Amplificatorul de tensiune:
rezistenţa de intrare = 1,8kΩ
rezistenţa de ieşire = 2kΩ
amplificarea în tensiune ideală = 5
Amplificatorul de tensiune:
rezistenţa de intrare = 3kΩ
rezistenţa de ieşire = 10kΩ
amplificarea transadmitanţă ideală = 20mA/V
Să se determine amplitudinea curentului de ieşire din circuit, dacă amplitudinea tensiunii de intrare este
Vg=0,25V
1. Stabilirea parametrilor amplificatoarelor
Amplificatorul de tensiune:
Ri1 = 1,8kΩ
Amplificatorul transadmitanţă: Ri2 = 3kΩ
Ro1 = 2kΩ
Av = 5
Ro2 = 10kΩ
Ay = 20mA/V
2. Stabilirea circuitului de calcul
3. Calculul amplificării transadmitanţă reale
vI1 
Ri1
 vG
Ri1  Rg
vI 2 

Ri1
vI1

vG Ri1  Rg

AYG 
iO
i v v
 O  I 2  I1
vG vI 2 vI 1 vG
Ri 2
  AV  vI 1 
Ri 2  Ro1
Ri 2
vI 2

vI 1 Ri 2  Ro1
iO 
Ro 2
  AY  vI 2 
Ro 2  RL

iO
Ro 2

 AY
vI 2 Ro 2  RL
i
Ri1
Ri 2
Ro2
AYG  O  AV  AY 


vG
Ri1  Rg Ri 2  Ro1 Ro2  RL
AYG 
iO
mA
1,8k
3k
10k
 5  20



vG
V 1,8k  0,6k 3k  2k 10k  10k
AYG  100
mA
mA
 0.75  0.6   0.5 AYG  22.5
V
V
4. Calculul amplitudinii curentului de ieşire
I o  AYG  Vg
I o  22,5
mA
 0,25V
V
I o  5,625mA