Elektronik 314 VerstärkergrundschaltungenProf. Dr. Jörg Vollrath13 Stromspiegel |
Länge: 01:06:27 |
0:0:0 Willkommen 0:0:14 Verstärkerschaltung 0:5:34 Spannungsverstärkung 0:8:1 LTSPICE 0:10:39 180° Phasendrehung 0:13:19 Gleichungen um die Schaltung zu optimieren 0:16:19 AC Analyse Frequenzgang 0:18:59 Kapazität als Hochpass 0:20:29 Transistorkapazitäten 0:22:5 Simulation zeigt nur das was modelliert wird. 0:23:56 Nachdenken über die Lösung 0:25:59 Übungsaufgaben Rückmeldung 0:26:46 Dotierung und Nettodotierung 0:28:39 Nettodotierung 0:29:50 Vollständige Angaben bei der Klausur 0:30:59 Sinnvolle Dateinamen 0:32:29 Unterschiedliche Bezeichner, Vernachlässigbare Größen 0:35:23 Diodenarbeitsbereiche und Parameter 0:37:39 Durchlassbereich 0:38:57 Widerstandsbereich 0:40:18 Strukturelles Arbeiten 0:43:7 Wilson Stromspiegel 0:46:28 Strombank 0:47:57 Referenzstromquellen 0:49:43 14 Verstärkerschaltungen Schaltbild 0:52:13 Verstärkerkennlinien 0:55:17 Arbeitspunkteinstellung 0:58:39 Schaltungsanalyse 0:59:18 VDD Knotenname repräsentiert eine Spannungsquelle 1:0:59 Erläuterung Kleinsignalersatzschaltbild 1:3:17 Umzeichnung des Ersatzschaltbildes 1:5:14 Warum Kapazitäten mit Kurzschluss ersetzen 1:6:24 Aufgabe für Sie Vout/Vin darstellen |
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Eingangswiderstand | \( r_e = R7 + R_{1} || R_2 \) | Spannungsverstärkung | \( v_u = - g_m\left(r_{D} || R_5 || R_3 \right) \) |
Ausgangswiderstand | \( r_a = r_{D} || R_5 || R_3 \) | Stromverstärkung | \( v_i = - g_m \cdot R_{1} || R_2 \) |
NMOS \( KP = 500 \mu AV^{-2} \), \( V_{T0} = 1 V = U_{Th} \) \( V_{DD} = 10 V \), \( \lambda = 0.0167V^{-1} \)
Die Größenordnung (kΩ) von R1 und R2 wird durch die Anforderung an den Eingangswiderstand bestimmt.
R1 und R2 dürfen nicht zu groß gewählt werden, da Werte größer 1M \( \Omega \) nicht erhältlich
sind und Leckströme die Spannung VG bestimmen könnten.
Die Spannungsverstärkung wird durch den Übertragungsleitwert ( \( g_{m} \), \( V_{GS} - V_{Th} \) ) und den Ausgangsleitwert ( R5, \( \lambda \) ) festgelegt.
Arbeitspunkt, Grosssignal:
\( V_{G} = V_{DD} \frac{R_{2}}{R_{2}+R_{1}} = 10 V \frac{ 125 k \Omega}{625 k \Omega} = 2 V \) \( R_{e} = \frac{R_{2} \cdot R_{1}}{R_{2} + R_{1}} = 100 k \Omega \) \( I_{DS} = \frac{K_{N}}{2} \left( V_{GS}- V_{Thn} \right)^{2} = 250\mu A \) \( V_{D} = V_{DD} - R_{5} \cdot I_{DS} = 5V \)
Verstärkung, Kleinsignal:
Das Eingangssignal V1 wird durch den Spannungsteiler aus R7 und Re verkleinert. \( v_{g} = v_{1} \frac{100 k \Omega}{100 k \Omega + 1 k \Omega} = 0.99 \) Die Spannungsverstärkung der Sourceschaltung ist: \( I_{DS} = \frac{K_{N}}{2} \left( V_{GS}- V_{Thn} \right)^{2} \left( 1 + \lambda V_{DS} \right) \) \( v_{u} = - g_{m} \cdot r_{a} \) \( g_{m} = \frac{2 I_{DS}}{U_{GS}-U_{Th}} = 500 \frac{ \mu A}{V} \) \( r_{a} = r_{DS} || R_{5} || R_{3}= \frac{1}{I_{DS} \lambda} || R_{5} || R_{3} \) \( r_{a} = 240 k \Omega || 20 k \Omega || 100 k \Omega = 15.6 k \Omega \) \( v_{u} = - 500 \frac{ \mu A}{V} \cdot 15.6 k \Omega = 7.79 \) \( A_{V} = 20 log( v_{u} ) = 17.8 dB \)
Quelle: Vollrath
Quelle: Vollrath
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Quelle: MOSFET_Sourceschaltung_01.asc |
MOSFETDrain-Sourcestrom oder Kollektorstrom wählenRD: Ausgangssignal Spannungsbereich ausschöpfen \( R_D \cdot I_D = \frac{V_{DD}-U_{DSmin}}{2} = \frac{V_{DD}-\left(U_{GSmin}-U_{th}\right)}{2} \) |
Bipolartransistor\( R_C \cdot I_C = \frac{V_{DD}-U_{BE}}{2} \) |
R1,R2: Gate Source Spannung \( U_{GS} = V_{DD} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2} \) |
Basisstrom \( I_{R2} = 2..10I_B \) |
C1,C2: Entkopplung, Hochpass \( f_{gu} = \frac{1}{2 \pi \cdot C_1 R_{in}} \) |
Quelle: Vollrath |
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\( v_u^{'}=\frac{v_u}{1+\frac{R_i}{R_e}} \) \( v_i^{'}=\frac{v_i}{1+\frac{R_e}{R_i}} \) |
\( Kn = 250 \mu A V^{-2}, Kp = 100 \mu A V^{-2}, \) \( V_{TN} = 0.6 V, V_{TP} = -0.5 V, V_{DD} = 5V , \lambda = 0.001 V^{-1}. \) Bestimmen Sie die Spannungen \( V_{A} \) und \( V_{B} \) und den Strom \( I_{DSM1} \).
Transistorgleichung in der Sättigung
Knotengleichung PFET: Absolutwerte \( \frac{K_{P}}{2} \left( \left|V_{GS3}\right|- |V_{Thp}| \right)^{2} = \frac{K_{N}}{2} \left( V_{GS2}- V_{Thn} \right)^{2} = \frac{K_{N}}{2} \left( V_{GS1}- V_{Thn} \right)^{2} \) \( V_{DD} = |V_{GS3}| + V{GS2} + V_{GS} \) \( V_{A} = V_{GS1} \), \( V_{B} = 2 \cdot V_{A} \) \( \frac{K_{P}}{2} \left( V_{DD} - 2 \cdot V_{A} - | V_{Thp}| \right)^{2} = \frac{K_{N}}{2} \left( V_{A}- V_{Thn} \right)^{2} \) \( V_{DD} - 2 \cdot V_{A} - | V_{Thp}| = \sqrt{ \frac{K_{N}}{K_{P}}} \left( V_{A}- V_{Thn} \right) \)
\( V_{A} \left( \sqrt{ \frac{K_{N}}{K_{P}}} + 2 \right) = V_{DD} - | V_{Thp}|
+ \sqrt{ \frac{K_{N}}{K_{P}} } V_{Thn} \)
\( V_{A} = \frac{V_{DD} - | V_{Thp}| + \sqrt{ \frac{K_{N}}{K_{P}} } V_{Thn}} { \sqrt{ \frac{K_{N}}{K_{P}}} + 2} = 1.52 V \) \( V_{B} = 2 \cdot V_{A} = 3.04 V \), \( I_{DS} = \frac{K_{N}}{2} \left( V_{A}- V_{Thn} \right)^{2} = 106\mu A \) | Quelle: WS2011_Aufgabe_3.asc |