ch6b Mô hình MOSFET trong Mạch tương tự pptx

• Sự giảm từ ngỏ vào đến nguồn transistor có thể dáng kể đối với mạch CG khi Rs lớn, cho bởi:• Từ hai công thức trên vo/vs1 và vs1/vi suy ra:... Mạch khuếch đại cực nguồn chung- CS • Xé

GT LINH KIỆN & MÔ HÌNH

Chương 6b Mô hình MOSFET trong Mạch Tương Tự

)) (

1 (

|)

|

( 2

) 1

(

|)

|

( 2

)) (

1 ( )

( 2

) 1

( )

( 2

2

2 2

2

2 2

2 2

2

2 1

1

2 1

1 1

o

V P TP

in GGP

DD

ox P

DS P

TP SG

ox

P D

o

V N T

in GG

ox N

DS N

T GS

ox

N D

v V

v V

V L

W C

V V

V L

W

C I

v V

v

V L

W C

V V

V L

W

C I

DD

DD

− +

− +

λ µ

λ µ

λ µ

Khoá để tính tay:

• Dùng những phương trình mô hình level 1 hoặc 3

• Dùng định luật Kirchhoff KCL/KVL

1 2

1 1

1

1 1

) (( ) / 2 )

(( ) / 2 ) 2

Dependence of Gain upon Bias Current

10

• Thí dụ Xét mạch gương dòng ở h.1 có Iin = 100

• Giả sử các transistor có W/L = 100 / 1.6 và

Tính ro của gương dòng và trị số gm1 Tính sự thay đổi trong Io khi có sự thay đổi 0,5 V trong điện thế ra,

• Giải: Ta có: Iin Iout

Generally, gm ≈ 10 gmbs ≈ 100 gds

If VBS=0,

m ds

m

out

g g

g

+

=

Diode Connection

VDS = VGS  Always in saturation

If v > VT, i > 0

else i = 0

diode

v i

• II Mạch khuếch đại cực nguồn chung CS

• Mạch tương đương

Vo

Vgs1+

-gm1vgs1

+-

Vi

=rds1//rds2R2

22

12.000 1, 6

192 0,1

24

vi

-VDD

vo

vi

Q Ci

Co R1

R2

RD

Ri 1M

• Trường hợp RD lớn, hiệu ứng điều biến của M1 đáng kể, cho:

Và do nên cho:ì

vì

26

Mạch CS với Rs không có tụ Cs

• Do đó,

28

• Nếu kể đến hiệu ứng thân, cho :

• Và:

Thí dụ:

Cho mạch theo H.21, với

30

• Tính ro của mạch CS có điện trở Rs

• Nếu có:

III Mạch khuếch đại theo nguồn (EF) hay CD

gs1Vs1vgs1

Q3 Q2

• Tham số hiệu ứng thân cho

• Thay vào được:

• Xét mạch SF

• Đặc tính vào – ra cho

Do tín hiệu nhỏ, lấy đạo hàm hai vế, được:

34

• Vì nên

• Mặt khác ta còn có:

• Vậy:

• Tính tổng trở ra

• Nếu kể đến hiệu ứng thân:

•

36

• Theo Thevenin

• Mạch SF thúc tải

38

• Mạch SF phân cực với nguồn dòng NMOS

IV Mạch khuếch đại ráp CG

• Xét mạch ráp CG với tải động theo hình sau:

• Mạch tương đương: tải động

Q3 Q2

• Vo

RL

vs1

Rs

• Tại nút Vo cho:

sắp xếp lại được:

• Dòng điện đi vào Q1 cho:

• Tổng trở vào tăng gắp đôi ở tần số thấp.

44

vi

Vo

Vgs1+

• Sự giảm từ ngỏ vào đến nguồn transistor có thể dáng kể đối với mạch CG khi Rs lớn, cho bởi:

• Từ hai công thức trên ( vo/vs1 và vs1/vi )suy ra:

• Độ lợi thế tín hiệu nhỏ:

• vì cho:

• Thí dụ:

• Mạch CG tiêu biểu:

48

≡

• Thay V1 vào:

• Thí dụ Cho mạch:

• Mạch tương đương cho:

• Tổng trở vaò/ra:

50

• Giải được:

• Khi

• Tổng trở ra:

52

V Mạch cascod

• Mạch ghép CS v à CG

• Thí dụ: Cho mạch với

Mạch cascod 3 tầng

54

• Mạch cascode với nguồn dòng

• M1 và M2 hoạt động bảo hoà

• Thí dụ:

Giả sử có:

56

• Thí dụ:

58

• Tổng trở ra

• Thí dụ

Small signal model

Small signal circuit

Computation of rout

66

Regulated Cascode Current Mirror

Same as the regulated cascoded curren

sink

VDS2 is very stable with respect to

vo, but not insensitive to Ireg change,

not necessarily better matching

68

Implementation of IREG using a simple current mirror

Wilson Current Mirror

go is small

VDS1 and VDS2 not

matched

70

Small signal circuit

Computation of rout

72

Improved Wilson Current Mirror

74

Differential input single-ended output gain stage

VI Đáp ứng tần số

• 1 Mạch khuếch đại cực nguồn chung- CS

• Xét mạch CS và mạch tương

• đương ở tần số cao

• C2 là điện dung cực máng- nội khối

Q2 là tải với điện dung CL song song

Phân giải mạch, tại nút ngõ vào:

(1)

với Gin = 1/Rin

Tương tự tại nút ngõ ra:

Vout

+

gm1vgs1 -

1 1

1

gd m

m out

dB

A j ω− =

• Cho:

• (6)

• nhớ : có thể tính tần số cắt – 3dB cao bằng nghịch đảo thời hằng hở mạch tại điểm i :

• Thường thì Rin << R2, số hạng thứ nhứt trong mẫu số của (6) chiếm ưu thế, ta có:

• (7)

•

trong đó A = gm1R2 là biên độ của độ lợi tần số thấp Số hạng Cgds1(1+A) thường được gọi là điện dung Miller vì nó là điện dung tương đương có được khi ta dùng phương pháp xấp xỉ Miller Vì lẽ kích thước của Cgd1 là nhân cho một cộng với độ lợi Cgd1 phải nhỏ

• Tại tần số cao, khi độ lợi không lớn hơn 1, cực thứ hai và zero phải được xét đến Tần số của cực thứ hai có thể tìm bằng cách cộng các cực là thực và cách nhau rộng và do đó mẫu số có thể được biểu thức như:

• (8)

Những hệ số của (8) có thể có thể được cân bằng với các hệ số của mẫu số (7)

• Dĩ nhiên, phương trình của tần số xấp xỉ của cực thứ hai của mẫu số được đơn giản cho như

- Ta có thể phát biểu rằng phương pháp xấp xỉ Miller cho kết quả khác xa và không xấp xỉ không đúng với tần số của cực thứ hai

• Thí dụ:

• Cho mạch khuếch đại CS có các tham số sau Rin = 180 k , CL = 0,3 pF, Cgs1 = 0,2 pF, Cgd1 = 0,015 pF, Cdb1 = 20 fF, và Cdb2 = 36 fF Cho

biết gm1 = 1,06 mA/V, A = - 81,4, Tính tần số cắt -3 dB trên của mạch

rds1,rds2, và mô hình nguồn dòng kiểm thế được mô

hình hoá bằng một điện trở đơn

Vo

Vs

Ibias Iin

Vs

Q Rin

gs1Vs1 Iin

Vout gm1vgs1 rds1

• Tại nút Vout cho:

• Giải cho Vout/vg1 cho:

Cs

Yg

• Dòng vào được cho bởi:

• (3)

• dùng (3) để khử vout trong (3) và giải cho Yg = ig1/vg1, ta có :

• Ta có thể viết hệ thức liên quan dòng vào, iin, với điện thế cổng vg1:

• Đặc biệt, để không có đỉnh trong đáp ứng nấc, cả các cực phải thực; điều này tương ứng với đòi hỏi rằng

Q

ζ

=

• Nếu Q > 0,5, phần trăm tăng quá của điện thế ra có thể được cho bởi:

• (10)

• Cân bằng các hệ số của (8) với các hệ số của (7) và giải và Q được:

• Nếu Q > 0,5, các cực sẽ là số ảo liên hiệp, và mạch sẽ biểu lộ có tăng quá Mâc dầu phương trình Q đó ảo hơn, lưu ý là nếu Cs, Cin’,hoặc cả hai trở nên lớn (nghĩa là, nếu tải, điện dung ngõ vào, hoặc cả hai trở nên lớn) thì Q trở nên nhỏ, và không có tăng quá xảy ra ( mặc dầu mạch sẽ bị chậm) Và khi Cin’ và Gs1 trở nên (Gs1 trở nên nhỏ khi cực nguồn transistor được nối vào thân (giá), nó loại bỏ hiệu ứng thân), thì mạch sẽ có Q lớn ( nghĩa là dao động giảm dần lớn) khi Gin trở nên nhỏ và Cs = Cgs1

• Tóm lại, mạch theo nguồn ( theo phát) có thể biệu lộ lượng lớn tăng quá và dao động giảm dần dưới những điểu kiện xác định May thay, một cách tiêu biểu các điện dung ký sinh và tổng trở ra trong vi mạch thực tế kết quả trong sự tăng quá nhẹ hơn cho những trường hợp xấu nhất.

• Cuối cùng, cũng lưu ý là zero tử số của hàm số truyền nằm trên phầ âm trục thực tại tần số được cho bởi

• và một cách tiêu biểu tại tần số lớn hơn

86

11

m z

gs

g C

0

ω

Ω