Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

MNAI – one stage amplifier by Roman Prokop. MOS transistor basic equations All MOSes All MOSes should work in saturation region – then their parameters.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "MNAI – one stage amplifier by Roman Prokop. MOS transistor basic equations All MOSes All MOSes should work in saturation region – then their parameters."— Transkript prezentace:

1 MNAI – one stage amplifier by Roman Prokop

2 MOS transistor basic equations All MOSes All MOSes should work in saturation region – then their parameters are following: N A – substrate doping ~ X cm -3

3 MOS transistor basic equations

4 BJT basic equations Jestliže Rout zdroje = ∞  V E => Eearly voltage V T => thermal voltage k => Boltzmann constant q => charge of electron

5 BJT basic equations

6 Jednoduchý MOS zesilovač zatížený zdrojem proudu • Pracovní bod jednoduchého MOS zesilovače je nastaven pomocí zdroje napětí V IN, na nějž je superponován malosignálový signál v in. • Zesilovač je zatížen DC proudovým zdrojem. V této konfiguraci je zesílení maximální, protože malosignálový odpor této zátěže je nekonečný (z tohoto důvodu není také viditelný v malosignálovém náhradním obvodu).

7 Z rovnice vyplývá: •pro velké zesílení A V musíme zvolit V GS -V TH co nejmenší •naopak délka kanálu musí být co největší Důsledek: • v analogových zesilovačích není nikdy využívána minimální délka kanálu MOST, obvykle volíme délku kanálu L nejméně 4–5 násobek minimální hodnoty • typická hodnota pro V GS -V TH je mezi 0,15-0,2 V (menší hodnoty by se mohli dostat do oblasti, kde končí slabá inverze, absolutní hodnoty proudu jsou v této části charakteristiky příliš malé a šumový signál proto působí problémy) U bipolárních tranzistorů je zesílení napětí nepřímo úměrné kT/q v porovnání s unipolárními (V GS -V TH )/2 Jednoduchý MOS/BJT zesilovač zatížený zdrojem proudu

8 Jednoduchý MOS zesilovač zatížený zdrojem proudu Malosignálové zesílení MOST Proud I D z rovnice vypadne, protože oba parametry, g m i r DS, jsou na něm závislé

9 Jednoduchý MOS zesilovač zatížený zdrojem proudu

10 Jednoduchý MOS zesilovač s R zatěží. • Pracovní bod jednoduchého MOS zesilovače je nastaven pomocí zdroje napětí V IN, na nějž je superponován malosignálový signál v in. • Zesilovač je zatížen rezistorem. V této konfiguraci je zesílení minimální, protože malosignálový odpor této zátěže je relativně malý. (pokud použijeme velký R, bude na něm pro určitý pracovní proud obrovský (nereálný) úbytek napětí). Obvykle platí 

11 Jednoduchý MOS zesilovač s R zatěží.

12 Jednoduchý MOS zesilovač s aktivní zatěží. • Pracovní bod jednoduchého MOS zesilovače je nastaven pomocí zdroje napětí V IN, na nějž je superponován malosignálový signál v in. • Zesilovač je zatížen MOS transistorem. V této konfiguraci je zesílení velké (maximální reálné, protože malosignálový odpor této zátěže je relativně velký. (přitom díky nelinearitě charakteristiky zatěžovacího PMOS stačí nízké napájecí napětí).

13 Jednoduchý MOS zesilovač s aktivní zatěží.

14

15 Nejjednodušším blokem, o kterém lze prohlásit, že plní úlohu zesilovače, je invertor s aktivní zátěží. Na Obr. 69 vidíme jeho obvodové zapojení pro variantu s a) nmos vstupním tranzistorem a b) s pmos vstupním tranzistorem. Na rozdíl od verze invertoru pro logické obvody je vstupní signál připojen pouze na gate jednoho tranzistoru. Tranzistor tvořící aktivní zátěž má pracovní bod nastaven pomocným referenčním napětím Vbias. Referenční napětí vytváří tranzistor MB, který je zapojen v tzv. diodovém uspořádání (drain a gate tranzistoru je propojen) a protéká jím proud Ibias. V následujících kapitolách bude ukázáno, že toto uspořádání je stejné jaké je použito u jednoduchého proudového zrcadla. Napětí mezi G a S (VGS) tranzistoru aktivní zátěže je konstantní a tudíž stejnosměrná (dc) napěťovo-proudová charakteristika je tímto určena. Pokud bude vstupní napětí Vin menší než je prahové napětí VTH tranzistoru M1, potom tranzistorem nepoteče téměř žádný proud a výstupní napětí bude v tomto případě velmi blízké napájecímu napětí VDD. V tomto případě pracuje tranzistor M1 v podprahovém („subthreshold“) režimu a tranzistor M2 v režimu lineárním (odporovém, „triode“). Při zvyšování vstupního napětí Vin začneme postupně opouštět podprahový režim a tranzistor se stává vodivým. Nicméně výstupní napětí stále zůstává blízké VDD až do okamžiku kdy proud tranzistorem M1 dosáhne hodnoty saturačního proudu (tranzistor M1 vstoupí do oblasti saturace). V tomto bodě má stejnosměrná převodní charakteristika poměrně prudký (a záporný) sklon (Obr. 2 a). V této oblasti pracují oba tranzistory v saturačním režimu. Pokud nadále zvyšujeme vstupní napětí, proud tranzistorem M1 má snahu se zvyšovat a začíná být větší než proud tranzistorem M2. To není možné a dochází k vyrovnávání proudů zmenšováním výstupního napětí až do okamžiku kdy se tranzistor M1 dostane do lineárního režimu a napětí na výstupu se přiblíží ke gnd.

16 Jednoduchý MOS zesilovač s aktivní zatěží. Sklon převodní charakteristiky invertoru je v přímé souvislosti s malosignálovým zesílením. Obr. 2 b) ukazuje, že největšího zesílení, jak je známo, dosahuje invertor v oblasti, kde oba tranzistory pracují v saturaci. Z toho samozřejmě plyne, že pokud chceme tohoto obvodu použít jako zesilovače, je potřeba nastavit pracovní bod obvodu právě tak, aby se pohyboval v této oblasti. Naopak připomeňme, že v digitálních obvodech se snažíme, aby invertor pracoval v oblastech kdy je výstup buď blízko napájecího napětí (VDD, log 1) nebo naopak zemi (gnd, log 0).


Stáhnout ppt "MNAI – one stage amplifier by Roman Prokop. MOS transistor basic equations All MOSes All MOSes should work in saturation region – then their parameters."

Podobné prezentace


Reklamy Google