MNAI –cvika3 Základní simulace s BJT Proudová zrcadla, kaskodové zapojení MOS, BJT zesilovač

Pro simulace je použito modelu tranzistoru s DC parametry uvažovanými při výpočtu: NPN: Is = 2.10-16 A = 100 Sklon výstupní charakteristiky 0.5 μA/V při Ic=30uA (VE=60V) PNP:  = 50 Sklon výstupní charakteristiky 1 μA/V při Ic=30uA (VE=30V) Tyto vlastnosti ověříme simulací: - závislosti - výstupních charakteristik Pozn: přesné VT pro 300K je 25.851241 mV Modely lze získat na http://www.umel.feec.vutbr.cz/~prokop/MNAI/MNAI.htm

?? Vbe pro Ic = 30 μA

Výstupní charakteristiky

Výstupní charakteristiky (pro 30 μA  Rout = 1 / 498.056n = 2.0078 MΩ  = Ic / IB ≈ 30 μA / 300 nA = 100

I2 - Ideální zdroj proudu I3 || Rin – zdroj s výstupním odporem 2 MΩ – jako předchozí BJT

Výstupní charakteristika  Rout = 1 / 500n = 2 MΩ

SIMULACE chyby proudu vlivem ≠∞

SIMULACE chyby proudu vlivem ≠∞ .OP analysis !!!!!!

SIMULACE chyby proudu vlivem ≠∞ NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE (N00173) .6548654581 (N00359) .6800000000 VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_Vout -1.961E-05 TOTAL POWER DISSIPATION 1.33E-05 WATTS **** OPERATING POINT INFORMATION 27.000 DEG C ************************************************************************* **** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS NAME Q_Q1 Q_Q2 MODEL MNAI_NPN MNAI_NPN IB 1.98E-07 1.98E-07 IC 1.96E-05 1.96E-05 VBE 6.55E-01 6.55E-01 VBC -2.51E-02 0.00E+00 VCE 6.80E-01 6.55E-01 BETADC 9.90E+01 9.89E+01 GM 7.58E-04 7.57E-04 RPI 1.31E+05 1.31E+05 RX 0.00E+00 0.00E+00 RO 3.03E+06 3.03E+06 CBE 1.07E-11 1.07E-11 CBC 1.98E-12 2.00E-12 CJS 0.00E+00 0.00E+00 BETAAC 9.89E+01 9.88E+01 CBX/CBX2 0.00E+00 0.00E+00 FT/FT2 9.50E+06 9.48E+06 SIMULACE chyby proudu vlivem ≠∞ OUTPUT File 

SIMULACE chyby proudu vlivem rd – výstupního odporu

SIMULACE chyby proudu vlivem rd – výstupního odporu

SIMULACE chyby proudu vlivem ≠∞

SIMULACE chyby proudu vlivem ≠∞

SIMULACE chyby proudu vlivem rd – výstupního odporu

???? Návrh Iout = 10 uA X Simulace Iout = 9.871 uA ???????

???? Při výpočtu byl zanedbán vliv ≠∞ Další vliv  výst. odpor rd !!!!!!!!!!!!!!!

???? Kde chyba ????

Je nutno nastavit pracovní bod tak, aby DC napětí na OUT bylo v pracovní oblasti (zhruba střed napájení)

Je nutno nastavit pracovní bod tak, aby DC napětí na OUT bylo v pracovní oblasti (zhruba střed napájení) Nutno určit DC předpětí báze Q3 tak, aby proud IC byl 30uA.

Je nutno nastavit pracovní bod tak, aby DC napětí na OUT bylo v pracovní oblasti (zhruba střed napájení) Nutno určit DC předpětí báze Q3 tak, aby proud IC byl 30uA.

Ověření pracovního bodu

Zisk lze zjistit pomocí .TF analýzy

Zisk lze zjistit pomocí .TF analýzy - výstupní soubor - výpis **** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS NAME Q_Q1 Q_Q2 Q_Q3 MODEL MNAI_PNP MNAI_PNP MNAI_NPN IB -5.96E-07 -5.96E-07 2.96E-07 IC -2.91E-05 -2.98E-05 2.98E-05 VBE -6.65E-01 -6.65E-01 6.65E-01 VBC 0.00E+00 6.59E-01 -1.01E+00 VCE -6.65E-01 -1.32E+00 1.68E+00 BETADC 4.89E+01 5.00E+01 1.01E+02 GM 1.12E-03 1.15E-03 1.15E-03 RPI 4.34E+04 4.34E+04 8.73E+04 RX 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RO 1.01E+06 1.01E+06 2.03E+06 CBE 1.44E-11 1.47E-11 1.47E-11 CBC 2.00E-12 1.62E-12 1.51E-12 CJS 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 BETAAC 4.88E+01 4.99E+01 1.00E+02 CBX/CBX2 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 FT/FT2 1.09E+07 1.12E+07 1.13E+07 **** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS V(OUT)/V_V2 = -7.740E+02 INPUT RESISTANCE AT V_V2 = 8.734E+04 OUTPUT RESISTANCE AT V(OUT) = 6.727E+05 JOB CONCLUDED

Kaskodové zapojení

Cascoded mirror output resistance express It negligible

Simulace pro kaskodové zrcadlo BJT – výstupní impedance I = 30uA Rd_out(NPN-30uA) = 2MΩ = 1.15e-3 . 2e6 . 2e6 = 3.09 e9 Ω Zlepšení více než 1000x oproti jednomu BJT !!!!!

Před simulací nutno upravit  - parametr BF≈ 10 000 v modelu NPN !!!!!!!!!!

NAME Q_Q2 Q_Q1 Q_Q4 Q_Q3 MODEL MNAI_NPN MNAI_NPN MNAI_NPN MNAI_NPN IB 3.03E-09 3.03E-09 3.03E-09 3.03E-09 IC 3.00E-05 3.00E-05 3.00E-05 3.00E-05 VBE 6.66E-01 6.66E-01 6.66E-01 6.66E-01 VBC -4.47E-06 0.00E+00 1.74E-03 0.00E+00 VCE 6.66E-01 6.66E-01 6.64E-01 6.66E-01 BETADC 9.89E+03 9.89E+03 9.89E+03 9.89E+03 GM 1.16E-03 1.16E-03 1.16E-03 1.16E-03 RPI 8.53E+06 8.53E+06 8.53E+06 8.53E+06 RX 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RO 1.98E+06 1.98E+06 1.98E+06 1.98E+06 CBE 1.47E-11 1.47E-11 1.47E-11 1.47E-11 CBC 2.00E-12 2.00E-12 2.00E-12 2.00E-12 CJS 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 BETAAC 9.88E+03 9.88E+03 9.88E+03 9.88E+03 CBX/CBX2 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 FT/FT2 1.10E+07 1.10E+07 1.10E+07 1.10E+07

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS I(V_Vout)/V_Vout = -3.245E-10 INPUT RESISTANCE AT V_Vout = 3.082E+09 OUTPUT RESISTANCE AT I(V_Vout) = 3.082E+09