Circuite integrate analogice - wiki.dcae.pub.ro · Structura cursului 1. Modelarea dispozitivelor...
Transcript of Circuite integrate analogice - wiki.dcae.pub.ro · Structura cursului 1. Modelarea dispozitivelor...
Circuite integrate analogice
Structura cursului 1. Modelarea dispozitivelor bipolare si MOS 2. Aplicatii ale amplificatoarelor operationale 3. Surse de curent si surse de tensiune 4. Amplificatoare elementare 5. Etaje de iesire 6. Amplificatoare operationale. Structuri interne 7. Raspunsul in frecventa al circuitelor. Stabilitatea circuitelor cu reactie 8. Structuri analogice liniare 9. Structuri neliniare de calcul analogic
Capitolul 1 Modelarea dispozitivelor
CMOS si bipolare
1.1. Relatii fundamentale ale tranzistorului MOS
Simboluri: Notatii: G = grila (poarta) D = drena S = sursa B = substrat (bulk) W/L = factor de aspect K’ = parametru transconductanta VT = tensiune de prag VGS = tensiune grila-sursa VDS = tensiune drena-sursa
1.1.1. Modelul de semnal mare
NMOS PMOS
S
G
D
D
G
S
B B
I. Regiunea de inversie puternica a. Saturatie b. Regiunea liniara
TGS VV >
TGSDSsatDS VVVV −=≥
( )2TGSD VV2KI −=
( ) DSDS
TGSD V2VVVKI ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −−=
DSsatDS VV <
LWC
LWKK oxnµ== '
II. Regiunea de inversie slaba
TGS VV <
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −=
th
TGS0DD nV
VVLWII exp
Caracteristicile de iesire ale tranzistorului MOS
Efectele de ordin secundar: a. Modularea lungimii canalului
b. Degradarea mobilitatii
c. Efectul de substrat
( ) ( )DS2
TGSD V1VV2KI λ+−=
))](([ DSDTGSG
0V1VV1
KKθθ +−+
=
( )ΦΦγ −−+= BS0TT VVV
Modularea lungimii canalului
I
GS
Dm V
Ig∂∂
=
DS
Ddsds
VI1
g1r
∂∂
==
vgs S
D
G gmvgs
rds
gmbsvbs B
S
vbs vds
( )TGSGS
Dm VVK
VIg −≅
∂∂
=
( )KI2VVVV
2KI D
TGS2
TGSD =−⇒−=
Dm KI2g =⇒
( ) D2TGS
DS
Dds I
1
VV2K
1
VI1r
λλ≅
−=
∂∂
=
1.1.2. Modelul de semnal mic al tranzistorului MOS
Exemplu
Ωλ
λ
M1I1r
VmA1KI2g
VA105KV10mA1I
Dds
Dm
2413D
==
==⇒
×=== −−−
/
/,,
Modelul de inalta frecventa
1.2. Relatii fundamentale ale tranzistorului bipolar
Domenii de functionare: • Regiunea de blocare (1) • Regiunea activa normala (2) • Regiunea de saturatie (3)
1.2.1. Functionarea la semnal mare Regim activ normal:
th
BE
th
BEVv
SVv
Sc eI1eIi ≅⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛−=
Efectul Early:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=
A
CEVv
Sc Vv1eIi th
BE
vCE
iC
vBE = ct.
-VA
1.2.2. Modelul de semnal mic (regim activ normal)
Conductanta de transfer:
BE
Cm V
Ig∂
∂=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛≅
th
BESC V
VII expC
th
C
thth
BESm I40
VI
V1
VVIg ≅=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=⇒ exp
E
C gmvbe
ro rπ Cπ vbe
B Cµ
rµ
Rezistenta de iesire:
CE
Coo
VI1
g1r
∂
∂==
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
A
CE
th
BESC V
V1VVII exp
C
A
Ath
BES
o IV
V1
VVI
1r ≅
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=⇒
exp
Rezistenta rπ:
mgr βπ =
Rezistenta rµ:
orKr βµ =
PNP.pt52KNPN.pt10K
−=
≥
Circuit echivalent cu rezistente serie
E
C
gmvbe ro
rπ Cπ vbe
B Cµ
rµ
re
CCS
rb rc
1.3. Rezistente dinamice
R1 R2
Q rds
vGS gmvGS
RO
R2
R1
iX
vX
G
S
D
∞=OR
Rezistenta in poarta
Rezistenta in sursa
R1 R2
Q
rds
vGS gmvGS
RO
R2 R1
iX
vX
G
S
D
⇒=−≅ xmgsmx vgvgimx
xO g
1ivR ==
Rezistenta in drena
R1 R2
Q
rds
vGS gmvGS
RO
R2
R1
iX
vX
G D
S
( ) 2xdsgsmxx Rirvgiv +−=
2xgs Riv −=( ) ( )2mds22mds
x
xO Rg1rRRg1r
ivR +≅++==⇒
Rezistenta in baza
R1 R2
Q ro rπ
vBE gmvBE
RO
R2
R1
iX
vX
B
E
C
( ) 1xxx Ri1riv ++= βπ
( ) 1x
xO R1r
ivR ++== βπ
R1 R2
Q
ro rπ
vBE gmvBE
RO
R2 R1
iX
vX
B
E
C
1rRR 1
O ++
=β
π
Rezistenta in emitor
Rezistenta in colector
R1 R2
Q
ro rπ
vBE gmvBE
RO
R2
R1
iX
vX
B C
E
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
+++=
21
2oO RRr
R1rRπ
β