Elektronik 313 StromspiegelProf. Dr. Jörg Vollrath12 Bipolartransistor |
Länge: 01:06:27 |
0:1:34 MOSFET als Diodenersatz 0:3:4 Arbeitspunkt bestimmen 0:4:29 Stromgleichung 0:6:7 Kleinsignalausgangsleitwert 0:8:1 Ersatzschaltbild gm 0:9:24 Stromspiegel 0:11:18 Ausgangskennlinienfeld 0:13:0 Typische Schaltung 0:14:44 Genauere Betrachtung 0:17:53 Ausgangswiderstand ra=1/IDS/λ 0:20:39 Rechnung 0:24:14 Stromverhältnis 0:25:24 UGS=Uth+wurzel(2 I1/KN) = 2.1 V 0:28:9 Übung der Rechnung 0:30:19 Diskussion Ergebnis 0:31:24 LTSPICE Ergebnis Verifikation 0:37:24 10% Unterschied im Strom 0:38:1 Nachdenken über die Lösung 0:39:50 Verstärkerschaltung 0:44:23 Spannungsteiler für den Arbeitspunkt 0:49:22 M1, M3 Spannungen und Ströme 0:50:49 Ströme der Transistoren sind gleich 0:55:9 Spannung M3 0:58:2 Stromgleichung 0:59:7 Sortieren 1:1:2 UE=2.5V 1:2:29 IDS=KPN/2(UE-UTH)2^= 0.5 mA 1:7:52 Kleinsignalersatzschaltbild 1:9:34 Kapazität und Spannungsquelle wird mit Kurzschluss ersetzt 1:15:34 gd4 1:18:9 Stromgleichung als Ansatz für die Spannungsverstärkung 1:20:14 Auftrag Berechnung der Spannungsverstärkung |
Berechnung der Kennlinie: I = f(U) Kleinsignalausgangsleitwert
Arbeitspunkt: Sättigung U_{DS} > U_{GS} - U_{Th}
I_{DS} = \beta \left( U_{GS} - U_{Th} \right)^{2} Quadratische Kennline Kleinsignalausgangsleitwert: g_{A} = \frac{d I_{DS}}{d U_{GS}} = 2 \cdot \beta \cdot \left( U_{GS} - U_{Th} \right) = g_{m} |
Version 4 SHEET 1 1368 680 WIRE 240 16 240 0 WIRE 240 16 128 16 WIRE 240 32 240 16 WIRE 128 112 128 16 WIRE 192 112 128 112 WIRE 240 176 240 128 FLAG 240 176 0 FLAG 240 0 VDD IOPIN 240 0 In SYMBOL nmos 192 32 R0 SYMATTR InstName M2 SYMATTR Value NMOS1 TEXT 72 -144 Left 2 !.model NMOS1 NMOS(LEVEL=1 \n+ KP=500u VT0=1 LAMBDA=0.0167 \n+ CGSO=1n CGBO=2n CGDO=200n) TEXT 128 224 Left 2 !.dc VDD 0 5 0.1 TEXT 128 256 Left 2 !VDD VDD 0 DC 5 |
Einsatz Lastelement anstatt eines Widerstandes Konstantstromquelle
I_{DS} = \beta \left( U_{GS} - U_{Th} \right)^{2} \left( 1 + \lambda U_{DS} \right)
U_{GS1} = U_{GS2} \frac{I_2}{I_1} = \frac{\beta_2}{\beta_1} \frac{ \left( 1 + \lambda U_{DS2} \right) }{\left( 1 + \lambda U_{DS1} \right)} = \frac{W_2 \cdot L_1 }{W_{1} \cdot L_{2}} \frac{ \left( 1 + \lambda U_{DS2} \right) }{\left( 1 + \lambda U_{DS1} \right)} mit L_{1} = L_{2} \frac{I_2}{I_1} \approx \frac{W_{2} }{W_{1}} \lambda ist sehr klein. Man kann mit einem Stromspiegel durch die Wahl eines geeigneten Weitenverhältnisses oder der Anzahl der Transistoren einen Strom verstärken. |
Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE 64 16 64 0 WIRE 64 144 64 96 WIRE 128 144 64 144 WIRE 64 160 64 144 WIRE 240 160 240 0 WIRE 128 240 128 144 WIRE 128 240 112 240 WIRE 160 240 128 240 WIRE 192 240 160 240 WIRE 64 288 64 256 WIRE 240 288 240 256 WIRE 240 288 64 288 WIRE 240 304 240 288 FLAG 240 304 0 FLAG 240 0 VDD IOPIN 240 0 In FLAG 160 240 VG FLAG 64 0 VDD IOPIN 64 0 In SYMBOL nmos 192 160 R0 SYMATTR InstName M2 SYMATTR Value NMOS1 SYMBOL nmos 112 160 M0 SYMATTR InstName M1 SYMATTR Value NMOS1 SYMBOL current 64 16 R0 WINDOW 123 0 0 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR InstName I1 SYMATTR Value 1m TEXT 16 -160 Left 2 !.model NMOS1 NMOS(LEVEL=1\n+ KP=500u VT0=1 LAMBDA=0.00167\n+ CGSO=1n CGBO=2n CGDO=200n) TEXT 296 112 Left 2 ;I2 TEXT 80 360 Left 2 !;dc VDD 0 10 0.5 TEXT 0 320 Left 2 !VDD VDD 0 DC 10 TEXT 80 392 Left 2 !.dc I1 1m 5m 1m LINE Normal 240 128 208 96 LINE Normal 272 96 240 128 |
Ausgangswiderstand von M2
R_{out} = r_{D}
Der Ausgangswiderstand oder Innenwiderstand einer Stromquelle sollte möglichst groß sein MOSFET: R_{out} = \frac{1}{I_{DS} \lambda} Bipolar: R_{out} = \frac{U_{EA}}{I_{C}} \frac{1}{ \lambda} entspricht U_{EA} |
Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE 64 16 64 0 WIRE 64 144 64 96 WIRE 128 144 64 144 WIRE 64 160 64 144 WIRE 240 160 240 0 WIRE 128 240 128 144 WIRE 128 240 112 240 WIRE 160 240 128 240 WIRE 192 240 160 240 WIRE 64 288 64 256 WIRE 240 288 240 256 WIRE 240 288 64 288 WIRE 240 304 240 288 FLAG 240 304 0 FLAG 240 0 VDD IOPIN 240 0 In FLAG 160 240 VG FLAG 64 0 VDD IOPIN 64 0 In SYMBOL nmos 192 160 R0 SYMATTR InstName M2 SYMATTR Value NMOS1 SYMBOL nmos 112 160 M0 SYMATTR InstName M1 SYMATTR Value NMOS1 SYMBOL current 64 16 R0 WINDOW 123 0 0 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR InstName I1 SYMATTR Value 10m TEXT -144 -136 Left 2 !.model NMOS1 NMOS(LEVEL=1 KP=500u\n+ VT0=1 LAMBDA=0.0167 CGSO=1n CGBO=2n CGDO=200n) TEXT 296 112 Left 2 ;I2 TEXT 48 352 Left 2 !.dc I1 10m 90m 40m TEXT 0 320 Left 2 !VDD VDD 0 DC 10 LINE Normal 240 128 208 96 LINE Normal 272 96 240 128 |
Berechnen Sie den Strom I_2 und den Ausgangswiderstand von folgender Schaltung. I_{1} = 150 \mu A, V_{DD} = 10 V, V_{Th} = 1 V, K_{n} = 250 \mu A V^{-2}, \lambda = 0.0133 V^{-1}
I_{DS} = \frac{K_N}{2} \left( U_{GS} - U_{Th} \right)^{2} \left( 1 + \lambda U_{DS} \right)
Zur Berechnung des Arbeitspunktes wird der Term 1 + \lambda U_{DS} vernachlässigt. U_{GS} = U_{Th} + \sqrt{ \frac{2 \cdot I_{1}}{K_N}} = 1V +\sqrt{\frac{2 \cdot 150 \mu A}{250 \mu A V^{-2}}} = 2.1 V I_2 unter Berücksichtigung von \lambda I_{2} = 150 \mu A \frac{1 + \lambda V_{DD}}{1 + \lambda U_{GS}} = 150 \mu A \frac{1 + 0.0133 \cdot 10 }{1 + 0.0133 \cdot 2.1} = 150 \mu A \frac{1.13}{1.028} = 165 \mu A Es gibt eine kleine Stromerhöhung (10%) durch die Spannung U_{DS} von 10V. Ausgangswiderstand: R_{out} = \frac{1}{I_{DS} \cdot \lambda } = \frac{1}{165 \mu A \cdot 0.0133 V^{-1}} = 456 k \Omega Wollte man den Transistor durch einen ohmschen Widerstand ersetzen, benötigt man folgende Spanung: U = I_{2} \cdot R_{out} = 165 \mu A \cdot 456 k \Omega = \frac{1}{\lambda} = 75V |
Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE 64 16 64 0 WIRE 240 16 240 0 WIRE 64 144 64 96 WIRE 128 144 64 144 WIRE 64 160 64 144 WIRE 240 160 240 96 WIRE 128 240 128 144 WIRE 128 240 112 240 WIRE 160 240 128 240 WIRE 192 240 160 240 WIRE 64 288 64 256 WIRE 240 288 240 256 WIRE 240 288 64 288 WIRE 240 304 240 288 FLAG 240 304 0 FLAG 240 0 VDD IOPIN 240 0 In FLAG 160 240 VG FLAG 64 0 VDD IOPIN 64 0 In SYMBOL nmos 192 160 R0 SYMATTR InstName M2 SYMATTR Value NMOS1 SYMBOL nmos 112 160 M0 SYMATTR InstName M1 SYMATTR Value NMOS1 SYMBOL current 64 16 R0 WINDOW 123 0 0 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR InstName I1 SYMATTR Value 150� SYMBOL res 224 0 R0 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 500k TEXT -144 -136 Left 2 !.model NMOS1 NMOS(LEVEL=1 KP=250u\n+ VT0=1 LAMBDA=0.0133 CGSO=1n CGBO=2n CGDO=200n) TEXT 296 112 Left 2 ;I2 TEXT 48 352 Left 2 !;dc I1 10m 90m 40m TEXT 0 320 Left 2 !VDD VDD 0 DC 10 TEXT 304 280 Left 2 !.op LINE Normal 240 128 208 96 LINE Normal 272 96 240 128 |
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Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE 224 -48 192 -48 WIRE 48 -32 0 -32 WIRE 224 -32 224 -48 WIRE 224 -32 48 -32 WIRE 336 -32 224 -32 WIRE 384 -32 336 -32 WIRE 336 0 336 -32 WIRE 48 16 48 -32 WIRE 48 16 0 16 WIRE 384 48 384 -32 WIRE 384 48 336 48 WIRE -48 80 -48 48 WIRE 0 80 0 64 WIRE 0 80 -48 80 WIRE 256 80 0 80 WIRE 288 80 256 80 WIRE 0 96 0 80 WIRE 48 144 0 144 WIRE 304 144 208 144 WIRE 336 144 336 96 WIRE 336 144 304 144 WIRE 416 144 336 144 WIRE 496 144 480 144 WIRE 528 144 496 144 WIRE -48 176 -48 80 WIRE 336 192 336 144 WIRE 0 208 0 192 WIRE 48 208 48 144 WIRE 48 208 0 208 WIRE 496 208 496 144 WIRE 352 240 336 240 WIRE 208 272 208 224 WIRE 240 272 208 272 WIRE 288 272 240 272 WIRE 336 304 336 288 WIRE 352 304 352 240 WIRE 352 304 336 304 WIRE 0 384 0 208 WIRE 336 384 336 304 WIRE 336 384 0 384 WIRE 496 384 496 288 WIRE 496 384 336 384 WIRE 0 400 0 384 FLAG 0 400 0 FLAG 192 -48 VDD IOPIN 192 -48 In FLAG 256 80 E FLAG 304 144 C FLAG 528 144 D IOPIN 528 144 Out FLAG 144 272 A IOPIN 144 272 In FLAG 240 272 B SYMBOL nmos4 -48 96 R0 WINDOW 3 48 65 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M1 SYMBOL nmos4 288 192 R0 SYMATTR InstName M2 SYMATTR Value CD4007N SYMBOL pmos4 -48 -32 R0 WINDOW 3 56 73 Left 2 SYMATTR Value CD4007P SYMATTR InstName M3 SYMBOL pmos4 288 0 R0 SYMATTR InstName M4 SYMATTR Value CD4007P SYMBOL cap 208 256 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName C1 SYMATTR Value 3.3� SYMBOL res 192 128 R0 WINDOW 3 22 81 Left 2 SYMATTR Value 1MEG SYMATTR InstName R1 SYMBOL res 480 192 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 100k SYMBOL cap 480 128 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName C2 SYMATTR Value 3.3� TEXT -64 -120 Left 2 !.model CD4007N NMOS(LEVEL=1 KP=1000u VT0=1.5 LAMBDA=0.001)\n.model CD4007P PMOS(LEVEL=1 KP=1000u VT0=-1.5 LAMBDA=0.001) TEXT 416 24 Left 2 !;op TEXT 408 -40 Left 2 !;tf V(D) VA TEXT 8 328 Left 2 !VDD VDD 0 5\nVA A 0 SINE(0.0 0.001 5k) AC 1 TEXT 408 -16 Left 2 !.tran 0 1m 0.1m |
V_{DD} = 5 V, \lambda = 0.001 V^{-1} KPN = KPP = 1 mA V^{-2} V_{Thn} = 1.5 V, V_{Thp} = -1.5 V Berechnen Sie die Spannungen am Punkt E und C. Berechnen Sie den Strom IDSM4. Berechnen Sie den Eingangswiderstand und die Spannungsverstärkung
V_{DS1} = V_{GS1}, V_{DS3} = V_{GS3}, V_{DD} = V_{GS1} - V_{GS3}
I_{DS1} = - I_{DS3} \frac{KPP}{2} \left( V_{GS3} - V_{Thp} \right)^{2} = \frac{KPN}{2} \left( V_{GS1} - V_{Thn} \right)^{2} V_{GS1} = - V_{GS3} V_{GS3} = \frac{V_{DD}}{2} = V_{E} = 2.5V I_{DS1} = \frac{KPN}{2} \left( V_{GS1} - V_{Thn} \right)^{2} = 0.5 mAV^{-2} \left( 2.5 V - 1.5 V \right)^{2} = 0.5 mA Stromspiegel: I_{DSM4} = I_{DSM3} = - I_{DSM1} = - 0.5 mA Spannung an Punkt B: I_{DSM4} = I_{DSM2} , V_{B} = \sqrt{I_{DSM2} \frac{2}{KNN}} + V_{Thn} = 2.5V Spannung an Punkt C: Gleichspannung: Es fliesst kein Gleichstrom durch den Widerstand R1. V_{B} = V_{C} = 2.5 V |
Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE 224 -48 192 -48 WIRE 48 -32 0 -32 WIRE 224 -32 224 -48 WIRE 224 -32 48 -32 WIRE 336 -32 224 -32 WIRE 384 -32 336 -32 WIRE 336 0 336 -32 WIRE 48 16 48 -32 WIRE 48 16 0 16 WIRE 384 48 384 -32 WIRE 384 48 336 48 WIRE -48 80 -48 48 WIRE 0 80 0 64 WIRE 0 80 -48 80 WIRE 256 80 0 80 WIRE 288 80 256 80 WIRE 0 96 0 80 WIRE 48 144 0 144 WIRE 304 144 208 144 WIRE 336 144 336 96 WIRE 336 144 304 144 WIRE 416 144 336 144 WIRE 496 144 480 144 WIRE 528 144 496 144 WIRE -48 176 -48 80 WIRE 336 192 336 144 WIRE 0 208 0 192 WIRE 48 208 48 144 WIRE 48 208 0 208 WIRE 496 208 496 144 WIRE 352 240 336 240 WIRE 208 272 208 224 WIRE 240 272 208 272 WIRE 288 272 240 272 WIRE 336 304 336 288 WIRE 352 304 352 240 WIRE 352 304 336 304 WIRE 0 384 0 208 WIRE 336 384 336 304 WIRE 336 384 0 384 WIRE 496 384 496 288 WIRE 496 384 336 384 WIRE 0 400 0 384 FLAG 0 400 0 FLAG 192 -48 VDD IOPIN 192 -48 In FLAG 256 80 E FLAG 304 144 C FLAG 528 144 D IOPIN 528 144 Out FLAG 144 272 A IOPIN 144 272 In FLAG 240 272 B SYMBOL nmos4 -48 96 R0 WINDOW 3 48 65 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M1 SYMBOL nmos4 288 192 R0 SYMATTR InstName M2 SYMATTR Value CD4007N SYMBOL pmos4 -48 -32 R0 WINDOW 3 56 73 Left 2 SYMATTR Value CD4007P SYMATTR InstName M3 SYMBOL pmos4 288 0 R0 SYMATTR InstName M4 SYMATTR Value CD4007P SYMBOL cap 208 256 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName C1 SYMATTR Value 3.3� SYMBOL res 192 128 R0 WINDOW 3 22 81 Left 2 SYMATTR Value 1MEG SYMATTR InstName R1 SYMBOL res 480 192 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 100k SYMBOL cap 480 128 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName C2 SYMATTR Value 3.3� TEXT -64 -120 Left 2 !.model CD4007N NMOS(LEVEL=1 KP=1000u VT0=1.5 LAMBDA=0.001)\n.model CD4007P PMOS(LEVEL=1 KP=1000u VT0=-1.5 LAMBDA=0.001) TEXT 416 24 Left 2 !;op TEXT 408 -40 Left 2 !;tf V(D) VA TEXT 8 328 Left 2 !VDD VDD 0 5\nVA A 0 SINE(0.0 0.001 5k) AC 1 TEXT 408 -16 Left 2 !.tran 0 1m 0.1m |
V_{DD} = 5 V, \lambda = 0.001 V^{-1} KPN = KPP = 1 mA V^{-2} V_{Thn} = 1.5 V, V_{Thp} = -1.5 V Berechnen Sie die Spannungen am Punkt E und C. Berechnen Sie den Strom IDSM4. Berechnen Sie den Eingangswiderstand und die Spannungsverstärkung
V_C = V_B = V_E = 2.5 V , I_{DS1} = I_{DS2} = 0.5 mA
r_{DS2} = r_{DS4} = \frac{1}{I_{DS2} \cdot \lambda} = \frac{1}{0.5 mA \cdot 0.001 V^{-1}} = 2 M \Omega gDS = 0.5 µS g_{m2} = \frac{2 \cdot I_{DS2}}{ V_{GS2} - V_{Thn}} = \frac{1 mA}{1 V} = 1 mS Verstärkung: Stromgleichung \frac{v_{GS}-v_{C}}{R1} = g_{m} \cdot v_{GS} + \frac{v_{C}}{r_{DS2}||r_{DS4}||r_{2}} r = r_{DS2}||r_{DS4}||r_{2} = 90.1 k \Omega v_{GS} \left( \frac{1}{R_{1}} - g_{m} \right) = v_{C} \left( \frac{1}{r} + \frac{1}{R_{1}} \right) \frac{v_{C}}{v_{GS}} = \frac{1 - R_{1} \cdot g_m }{1 + \frac{R_{1}}{r}} \frac{v_{C}}{v_{GS}} = \frac{1 - 1M\Omega \cdot 1 mS }{1 + \frac{1 M\Omega}{90.1k}} = -82.57 Eingangswiderstand: v_{GS} = i \cdot R_1 + \left( i - g_m \cdot v_{GS} \right) \left( r_{DS2} || r_{DS4} || R_{2}\right) v_{GS} \left( 1 + g_m \cdot \left( r_{DS2} || r_{DS4} || R_{2}\right) \right) = i \cdot \left( R_1 + \left( r_{DS2} || r_{DS4} || R_{2}\right) \right) r_{i} = \frac{v_{GS}}{i} = \frac{R1 + \left( r_{DS2}|| r_{DS4} || r_{2}\right)} { 1 + g_m \left( r_{DS2}|| r_{DS4} || r_{2} \right)} = \frac{ 1M + 90.1 k}{1 + 1m \cdot 90.1 k} \Omega = 11.9 k\Omega |
Version 4 SHEET 1 1276 680 WIRE 224 -48 192 -48 WIRE 48 -32 0 -32 WIRE 224 -32 224 -48 WIRE 224 -32 48 -32 WIRE 336 -32 224 -32 WIRE 384 -32 336 -32 WIRE 336 0 336 -32 WIRE 48 16 48 -32 WIRE 48 16 0 16 WIRE 384 48 384 -32 WIRE 384 48 336 48 WIRE -48 80 -48 48 WIRE 0 80 0 64 WIRE 0 80 -48 80 WIRE 256 80 0 80 WIRE 288 80 256 80 WIRE 0 96 0 80 WIRE 48 144 0 144 WIRE 304 144 208 144 WIRE 336 144 336 96 WIRE 336 144 304 144 WIRE 416 144 336 144 WIRE 496 144 480 144 WIRE 528 144 496 144 WIRE -48 176 -48 80 WIRE 336 192 336 144 WIRE 0 208 0 192 WIRE 48 208 48 144 WIRE 48 208 0 208 WIRE 496 208 496 144 WIRE 352 240 336 240 WIRE 208 272 208 224 WIRE 240 272 208 272 WIRE 288 272 240 272 WIRE 336 304 336 288 WIRE 352 304 352 240 WIRE 352 304 336 304 WIRE 0 384 0 208 WIRE 336 384 336 304 WIRE 336 384 0 384 WIRE 496 384 496 288 WIRE 496 384 336 384 WIRE 0 400 0 384 FLAG 0 400 0 FLAG 192 -48 VDD IOPIN 192 -48 In FLAG 256 80 E FLAG 304 144 C FLAG 528 144 D IOPIN 528 144 Out FLAG 144 272 A IOPIN 144 272 In FLAG 240 272 B SYMBOL nmos4 -48 96 R0 WINDOW 3 48 65 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M1 SYMBOL nmos4 288 192 R0 SYMATTR InstName M2 SYMATTR Value CD4007N SYMBOL pmos4 -48 -32 R0 WINDOW 3 56 73 Left 2 SYMATTR Value CD4007P SYMATTR InstName M3 SYMBOL pmos4 288 0 R0 SYMATTR InstName M4 SYMATTR Value CD4007P SYMBOL cap 208 256 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName C1 SYMATTR Value 3.3� SYMBOL res 192 128 R0 WINDOW 3 22 81 Left 2 SYMATTR Value 1MEG SYMATTR InstName R1 SYMBOL res 480 192 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 100k SYMBOL cap 480 128 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName C2 SYMATTR Value 3.3� TEXT -64 -120 Left 2 !.model CD4007N NMOS(LEVEL=1 KP=1000u VT0=1.5 LAMBDA=0.001 CGSO=45n CGBO=2n CGDO=45n )\n.model CD4007P PMOS(LEVEL=1 KP=1000u VT0=-1.5 LAMBDA=0.001 CGSO=45n CGBO=2n CGDO=45n) TEXT 416 24 Left 2 !;op TEXT 408 -40 Left 2 !;tf V(D) VA TEXT 8 328 Left 2 !VDD VDD 0 5\nVA A 0 SINE(0.0 0.001 5k) AC 1 TEXT 408 -16 Left 2 !;tran 0 1m 0.1m TEXT 472 16 Left 2 !.ac dec 10 1 1G TEXT -56 -152 Left 2 ;CGSO=45n CGBO=2n CGDO=45n |
Version 4 SHEET 1 980 680 WIRE 48 240 -16 240 WIRE 176 240 128 240 WIRE 368 240 176 240 WIRE 512 240 368 240 WIRE 656 240 512 240 WIRE 688 240 656 240 WIRE 176 272 176 240 WIRE 368 288 368 240 WIRE 512 288 512 240 WIRE 656 288 656 240 WIRE 176 384 176 352 WIRE 176 384 0 384 WIRE 368 384 368 368 WIRE 368 384 176 384 WIRE 512 384 512 368 WIRE 512 384 368 384 WIRE 656 384 656 368 WIRE 656 384 512 384 WIRE 0 400 0 384 FLAG 0 400 0 FLAG 688 240 D IOPIN 688 240 Out FLAG -16 240 A IOPIN -16 240 In SYMBOL res 144 224 R90 WINDOW 3 32 56 VTop 2 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 SYMATTR Value 1MEG SYMATTR InstName R1 SYMBOL res 640 272 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 100k SYMBOL bi 176 272 R0 SYMATTR InstName B1 SYMATTR Value I=-{gm2}*V(A) SYMBOL res 496 272 R0 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value {1/gd4} SYMBOL res 352 272 R0 SYMATTR InstName R4 SYMATTR Value {1/gd2} TEXT -32 152 Left 2 !VDD VDD 0 5\nVA A 0 SINE(0.0 0.001 5k) AC 1 TEXT 248 216 Left 2 !.tran 0 1m 0.1m TEXT 456 160 Left 2 !.param gm2=1m\n.param gd2=0.5u\n.param gd4=0.5u TEXT 8 208 Left 2 ;G TEXT 104 408 Left 2 ;S TEXT 176 216 Left 2 ;D
I_3 = I_{DS3} = I_{DS1} ,
I_{REF} = I_{DS2}
\frac{I_{DS1}}{I_{DS2}} = \frac{ 1 + \lambda \cdot V_{GS}}{1 + \lambda \cdot 2 \cdot V_{GS}} Wilson Stromspiegel: I_{DS3} = I_{DS1} = I_{DS2} \frac{ 1 + \lambda \cdot V_{GS}}{1 + \lambda \cdot 2 \cdot V_{GS}} Einfacher Stromspigel: I_{DS4} = I_{REF2} \left( 1 + \lambda \cdot V_{DS4} \right) ![]() Die geringe Steigung bedeutet ein hoher Ausgangswiderstand der Stromquelle. Erst ab einer höheren Ausgangsspannung funktioniert die Stromquelle. |
Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE 64 -32 64 -64 WIRE 240 32 240 -64 WIRE 64 112 64 48 WIRE 192 112 64 112 WIRE 240 144 240 128 WIRE 240 144 128 144 WIRE 64 160 64 112 WIRE 240 160 240 144 WIRE 128 240 128 144 WIRE 128 240 112 240 WIRE 160 240 128 240 WIRE 192 240 160 240 WIRE 64 288 64 256 WIRE 240 288 240 256 WIRE 240 288 64 288 WIRE 240 304 240 288 FLAG 240 304 0 FLAG 240 -64 VDD IOPIN 240 -64 In FLAG 160 240 VG FLAG 64 -64 VDD IOPIN 64 -64 In SYMBOL nmos 192 160 R0 SYMATTR InstName M1 SYMATTR Value NMOS1 SYMBOL nmos 112 160 M0 SYMATTR InstName M2 SYMATTR Value NMOS1 SYMBOL current 64 -32 R0 WINDOW 123 0 0 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR InstName IREF SYMATTR Value 10m SYMBOL nmos 192 32 R0 SYMATTR InstName M3 SYMATTR Value NMOS1 TEXT -8 -208 Left 2 !.model NMOS1 NMOS(LEVEL=1 \n+ KP=500u VT0=1 LAMBDA=0.0167\n+ CGSO=1n CGBO=2n CGDO=200n) TEXT 264 0 Left 2 ;I3 TEXT 48 352 Left 2 !.dc VDD 0 40 0.2 TEXT 0 320 Left 2 !VDD VDD 0 DC 10 TEXT 16 136 Left 2 ;I2 LINE Normal 224 -16 240 16 LINE Normal 256 -16 240 16 LINE Normal 48 128 64 160 LINE Normal 80 128 64 160 |
I_{B3} = g_{m3} \cdot u_{gs3} = g_{m3} \cdot ( u_{g3} - u_{g2} )
I_{B2} = g_{m2} \cdot u_{gs2} R_{out} = \frac{u_x}{i_x} u_{x} = u_{RDSM3} + u_{RM1} = (i_x - g_{m3} u_{gs3}) \cdot r_{DSM3} + i_x \cdot r_{M1} u_{gs3} = u_{g3} - u_{g2} u_{g3} = - g_{m2} r_{DSM2} u_{g2} u_{g2} = \frac{i_x}{g_{m1}} u_{gs3} = - (1 + g_{m2} r_{DSM2} ) u_{g2} = - (1 + g_{m2} r_{DSM2} ) \frac{i_x}{g_{m1}} u_{x} = i_x ( 1 + \frac{g_{m3}}{g_{m1}} (1 + g_{m2} r_{DSM2} )) \cdot r_{DSM3} + i_x \cdot r_{M1} \frac{u_{x}}{i_x} = ( 1 + \frac{g_{m3}}{g_{m1}} (1 + g_{m2} r_{DSM2} )) \cdot r_{DSM3} + r_{M1} |
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