Elektronik 306 MOSFETProf. Dr. Jörg Vollrath05 Diodenschaltungen |
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Länge: 00:42:10 |
0:0:0 Bis 9.11.20 Übung 1 Aufgabe 1,2 Übung 2 Aufgabe 3, WS2011 Aufgabe 1; WS2012 Aufgabe 2 0:2:40 Was haben Sie im Praktikum gelernt? 0:4:4 Reflektieren was sie gelernt haben 0:6:50 Abbildung x U Diode, y I Diodenstrom 0:8:18 Ergebnissicherung 0:10:12 Messbereich Oszilloskop Formatfüllende Darstellung 0:12:40 2 Perioden 0:14:25 MOSFET Was nehmen Sie aus der Folie mit? 0:14:57 MOSFET Anschlüsse G, S, D, B 0:17:59 Schaltsymbole 0:19:43 Funktionsprinzip 0:20:59 NFET Kennlinienfeld 0:22:21 Ausgnagskennlinie IDS(UDS) Übertragungskennlinie I(UGS) 0:24:54 Negative Bulkspannung 0:26:54 Drain und Source werden durch angelegte Spannungen definiert 0:28:29 Typen des Feldeffekttransistors 0:31:33 Kennlinien 0:33:10 Vereinfachtes Schaltsymbol 0:34:54 Schalter und Verstärker 0:35:54 Messaufbau für die Kennlinie V4 0:38:48 Gleichung des NFET 0:42:54 3 Parameter Uth, β , λ 0:53:8 Wichtige Kenngrößen, W und L 0:55:39 Schwellspannung 0:57:31 Beispiel NMOS Arbeitsbereich und Strom 1:0:49 Arbeitsbereich Nicht im Sperrbereich 1:2:2 Gleichung für den Strom 1:2:54 1 + λ UDS 1:4:36 Datenblatt Vt, IDS, GOS 1:7:16 Betriebsbereich 1:10:4 PFET Absolutwerte |
Querschnitt eines MOSFET
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Ausgangskennlinie Übertragungskennlinie |
I_{DS} = \cases{ 0 & \text{ Sperrbereich } \cr \text{ für } U_{GS} \leq U_{th} \cr \cr
\beta \left( U_{GS}-U_{th} \right)^2 \left( 1+\lambda U_{DS} \right) & \text{ Sättigung}
\cr \text{ für } 0 \leq U_{GS} - U_{th} \lt U_{DS} \cr \cr
\beta \left( 2 \left( U_{GS}-U_{th} \right) U_{DS} - U_{DS}^2 \right) & \text{ Triodenbereich}
\cr \text{ für } 0\leq U_{GS} - U_{th} \geq U_{DS}
}
\beta = \frac{\mu_n \epsilon_{ox}}{2d_{ox}} \frac{W}{L} = \frac{1}{2} \mu_n C_{ox}^{'} \frac{W}{L} = \frac{1}{2} K_{n}^{'} \frac{W}{L} = \frac{1}{2} K_{n} = \frac{1}{2} KP |
Einsatz:
Es soll das Stromverhältnis I2 zu I1 berechnet werden.
Die Transistoren befinden sich in der Sättigung. Es gilt:
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 |
Bei einer realen Stromquelle interessiert der Innenwiderstand der Quelle. Ausgangswiderstand von M2
R_{out} = r_{D}
Für die Sättigung ist der Ausgangsleitwert definiert als: g_d = \frac{d I_{DS}}{d U_{DS}} = \frac{\beta \left( U_{GS} - U_{Th} \right)^{2} \left( 1 + \lambda U_{DS} \right)}{d U_{DS}} g_d = \frac{d I_{DS}}{d U_{DS}} = \beta \left( U_{GS} - U_{Th} \right)^{2} \lambda \approx I_{DS} \lambda 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} |
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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 |
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![]() Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE 368 -96 336 -96 WIRE 416 -96 368 -96 WIRE 576 -96 416 -96 WIRE 640 -96 576 -96 WIRE 416 -64 416 -96 WIRE 576 -64 576 -96 WIRE 336 -16 336 -96 WIRE 416 -16 336 -16 WIRE 640 -16 640 -96 WIRE 640 -16 576 -16 WIRE 480 16 464 16 WIRE 528 16 480 16 WIRE 576 48 576 32 WIRE 640 48 576 48 WIRE 416 64 416 32 WIRE 480 64 480 16 WIRE 480 64 416 64 WIRE 576 64 576 48 WIRE 416 96 416 64 WIRE 464 96 416 96 WIRE 576 160 576 144 WIRE 640 160 576 160 WIRE 464 176 416 176 WIRE 416 208 416 176 WIRE 576 208 576 160 WIRE 416 304 416 288 WIRE 576 304 576 288 FLAG 368 -96 VP+ FLAG 416 304 0 FLAG 576 304 0 FLAG 464 96 OSC1 FLAG 640 48 OSC3 FLAG 640 160 OSC4 FLAG 464 176 OSC2 SYMBOL pmos4 528 -64 R0 SYMATTR InstName M3 SYMATTR Value ALD1107P SYMBOL pmos4 464 -64 M0 SYMATTR InstName M4 SYMATTR Value ALD1107P SYMBOL res 400 80 R0 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 1k SYMBOL res 560 48 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 100 SYMBOL voltage 576 192 R0 SYMATTR InstName VAWG2 SYMATTR Value 0 SYMBOL voltage 416 192 R0 SYMATTR InstName VAWG1 SYMATTR Value 0 TEXT 320 -216 Left 2 !.model ALD1107P PMOS(LEVEL=1\n+ KP=500u VT0=-1 LAMBDA=0.00167\n+ CGSO=1n CGBO=2n CGDO=200n) TEXT 424 -128 Left 2 !VP+ VP+ 0 DC 10 TEXT 408 352 Left 2 !.dc VAWG2 -3 3 0.1 VAWG1 0 6 2 TEXT 344 -64 Left 2 ;11 TEXT 448 -80 Left 2 ;3 TEXT 536 -80 Left 2 ;12 TEXT 464 -16 Left 2 ;2 TEXT 504 -16 Left 2 ;13 TEXT 392 40 Left 2 ;1 TEXT 544 40 Left 2 ;14 |
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Version 4 SHEET 1 1356 680 WIRE 512 -32 416 -32 WIRE 592 -32 512 -32 WIRE 656 -32 592 -32 WIRE 416 -16 416 -32 WIRE 416 -16 368 -16 WIRE 592 -16 592 -32 WIRE 368 32 368 -16 WIRE 416 32 368 32 WIRE 656 32 656 -32 WIRE 656 32 592 32 WIRE 496 64 464 64 WIRE 544 64 496 64 WIRE 416 96 416 80 WIRE 416 96 352 96 WIRE 496 96 496 64 WIRE 496 96 416 96 WIRE 592 96 592 80 WIRE 688 96 592 96 WIRE 416 112 416 96 WIRE 592 112 592 96 WIRE 432 160 416 160 WIRE 592 160 576 160 WIRE 368 192 352 192 WIRE 688 192 640 192 WIRE 432 208 432 160 WIRE 432 208 416 208 WIRE 576 208 576 160 WIRE 592 208 576 208 WIRE 416 256 416 208 WIRE 480 256 416 256 WIRE 512 256 480 256 WIRE 592 256 592 208 WIRE 592 256 512 256 WIRE 496 304 480 304 WIRE 432 336 304 336 WIRE 480 384 480 352 WIRE 496 384 496 304 WIRE 496 384 480 384 WIRE 480 400 480 384 FLAG 480 400 0 FLAG 512 -32 VDD IOPIN 512 -32 In FLAG 352 192 VA IOPIN 352 192 In FLAG 688 192 VB IOPIN 688 192 In FLAG 688 96 OUT IOPIN 688 96 Out FLAG 352 96 OUTA IOPIN 352 96 Out FLAG 512 256 Vlow FLAG 304 336 Vref SYMBOL nmos4 368 112 R0 WINDOW 3 83 72 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M2 SYMBOL pmos4 464 -16 M0 SYMATTR InstName M4 SYMATTR Value CD4007P SYMBOL pmos4 544 -16 R0 WINDOW 3 56 73 Left 2 SYMATTR Value CD4007P SYMATTR InstName M5 SYMBOL nmos4 432 256 R0 WINDOW 3 77 58 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M6 SYMBOL nmos4 640 112 M0 WINDOW 3 -77 121 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M7 TEXT 272 -152 Left 2 !.model CD4007N NMOS(LEVEL=1 KP=1123u VT0=1.48 LAMBDA=0.018 CGDO=400n)\n.model CD4007P PMOS(LEVEL=1 KP=1123u VT0=-1.48 LAMBDA=0.018 CGDO=400n) TEXT 312 456 Left 2 !VREF VREF 0 3.33\nVB VB 0 5\nVDD VDD 0 10\nV1 VA 0 SINE(5 0.005 10k) AC 1 TEXT 688 480 Left 2 !.tran 0 0.5m 0 TEXT 688 448 Left 2 !;ac oct 10 1 1MEG TEXT 536 384 Left 2 ;Differenzverstaerker |
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Version 4 SHEET 1 1356 680 WIRE 512 -32 416 -32 WIRE 592 -32 512 -32 WIRE 656 -32 592 -32 WIRE 416 -16 416 -32 WIRE 416 -16 368 -16 WIRE 592 -16 592 -32 WIRE 368 32 368 -16 WIRE 416 32 368 32 WIRE 656 32 656 -32 WIRE 656 32 592 32 WIRE 496 64 464 64 WIRE 544 64 496 64 WIRE 416 96 416 80 WIRE 416 96 352 96 WIRE 496 96 496 64 WIRE 496 96 416 96 WIRE 592 96 592 80 WIRE 688 96 592 96 WIRE 416 112 416 96 WIRE 592 112 592 96 WIRE 432 160 416 160 WIRE 592 160 576 160 WIRE 368 192 352 192 WIRE 688 192 640 192 WIRE 432 208 432 160 WIRE 432 208 416 208 WIRE 576 208 576 160 WIRE 592 208 576 208 WIRE 416 256 416 208 WIRE 480 256 416 256 WIRE 512 256 480 256 WIRE 592 256 592 208 WIRE 592 256 512 256 WIRE 496 304 480 304 WIRE 432 336 304 336 WIRE 480 384 480 352 WIRE 496 384 496 304 WIRE 496 384 480 384 WIRE 480 400 480 384 FLAG 480 400 0 FLAG 512 -32 VDD IOPIN 512 -32 In FLAG 352 192 VA IOPIN 352 192 In FLAG 688 192 VB IOPIN 688 192 In FLAG 688 96 OUT IOPIN 688 96 Out FLAG 352 96 OUTA IOPIN 352 96 Out FLAG 512 256 Vlow FLAG 304 336 Vref SYMBOL nmos4 368 112 R0 WINDOW 3 83 72 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M2 SYMBOL pmos4 464 -16 M0 SYMATTR InstName M4 SYMATTR Value CD4007P SYMBOL pmos4 544 -16 R0 WINDOW 3 56 73 Left 2 SYMATTR Value CD4007P SYMATTR InstName M5 SYMBOL nmos4 432 256 R0 WINDOW 3 77 58 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M6 SYMBOL nmos4 640 112 M0 WINDOW 3 -77 121 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M7 TEXT 272 -152 Left 2 !.model CD4007N NMOS(LEVEL=1 KP=1123u VT0=1.48 LAMBDA=0.018 CGDO=400n)\n.model CD4007P PMOS(LEVEL=1 KP=1123u VT0=-1.48 LAMBDA=0.018 CGDO=400n) TEXT 312 456 Left 2 !VREF VREF 0 3.33\nVB VB 0 5\nVDD VDD 0 10\nVA VA 0 SINE(5 0.005 10k) AC 1 TEXT 688 480 Left 2 !;tran 0 0.5m 0 TEXT 688 448 Left 2 !;ac oct 10 1 1MEG TEXT 536 384 Left 2 ;Differenzverstaerker TEXT 688 512 Left 2 !.dc VA 0 10 0.01 VB 0 10 2 ![]() |
Gleichtakt: u_{gl} = \frac{u_A + u_B }{2} | Gegentakt, Differenz: u_D = u_A - u_B |
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Version 4 SHEET 1 1356 680 WIRE 512 -32 416 -32 WIRE 592 -32 512 -32 WIRE 656 -32 592 -32 WIRE 416 -16 416 -32 WIRE 416 -16 368 -16 WIRE 592 -16 592 -32 WIRE 368 32 368 -16 WIRE 416 32 368 32 WIRE 656 32 656 -32 WIRE 656 32 592 32 WIRE 496 64 464 64 WIRE 544 64 496 64 WIRE 416 96 416 80 WIRE 416 96 352 96 WIRE 496 96 496 64 WIRE 496 96 416 96 WIRE 592 96 592 80 WIRE 688 96 592 96 WIRE 416 112 416 96 WIRE 592 112 592 96 WIRE 432 160 416 160 WIRE 592 160 576 160 WIRE 368 192 352 192 WIRE 688 192 640 192 WIRE 432 208 432 160 WIRE 432 208 416 208 WIRE 576 208 576 160 WIRE 592 208 576 208 WIRE 416 256 416 208 WIRE 480 256 416 256 WIRE 512 256 480 256 WIRE 592 256 592 208 WIRE 592 256 512 256 WIRE 496 304 480 304 WIRE 432 336 304 336 WIRE 480 384 480 352 WIRE 496 384 496 304 WIRE 496 384 480 384 WIRE 480 400 480 384 FLAG 480 400 0 FLAG 512 -32 VDD IOPIN 512 -32 In FLAG 352 192 VA IOPIN 352 192 In FLAG 688 192 VB IOPIN 688 192 In FLAG 688 96 OUT IOPIN 688 96 Out FLAG 352 96 OUTA IOPIN 352 96 Out FLAG 512 256 Vlow FLAG 304 336 Vref SYMBOL nmos4 368 112 R0 WINDOW 3 83 72 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M2 SYMBOL pmos4 464 -16 M0 SYMATTR InstName M4 SYMATTR Value CD4007P SYMBOL pmos4 544 -16 R0 WINDOW 3 56 73 Left 2 SYMATTR Value CD4007P SYMATTR InstName M5 SYMBOL nmos4 432 256 R0 WINDOW 3 77 58 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M6 SYMBOL nmos4 640 112 M0 WINDOW 3 -77 121 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M7 TEXT 272 -152 Left 2 !.model CD4007N NMOS(LEVEL=1 KP=1123u VT0=1.48 LAMBDA=0.018 CGDO=400n)\n.model CD4007P PMOS(LEVEL=1 KP=1123u VT0=-1.48 LAMBDA=0.018 CGDO=400n) TEXT 312 456 Left 2 !VREF VREF 0 3.33\nVB VB 0 5\nVDD VDD 0 10\nV1 VA 0 SINE(5 0.005 10k) AC 1 TEXT 688 480 Left 2 !.tran 0 0.5m 0 TEXT 688 448 Left 2 !;ac oct 10 1 1MEG TEXT 536 384 Left 2 ;Differenzverstaerker |
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![]() Version 4 SHEET 1 1820 680 WIRE 416 -80 352 -80 WIRE 512 -80 416 -80 WIRE 592 -80 512 -80 WIRE 656 -80 592 -80 WIRE 416 -64 416 -80 WIRE 592 -64 592 -80 WIRE 352 -16 352 -80 WIRE 416 -16 352 -16 WIRE 656 -16 656 -80 WIRE 656 -16 592 -16 WIRE 496 16 464 16 WIRE 544 16 496 16 WIRE 416 64 416 32 WIRE 416 64 336 64 WIRE 496 64 496 16 WIRE 496 64 416 64 WIRE 592 96 592 32 WIRE 688 96 592 96 WIRE 416 112 416 64 WIRE 592 112 592 96 WIRE 432 160 416 160 WIRE 592 160 576 160 WIRE 368 192 352 192 WIRE 688 192 640 192 WIRE 432 208 432 160 WIRE 432 208 416 208 WIRE 576 208 576 160 WIRE 592 208 576 208 WIRE 416 256 416 208 WIRE 480 256 416 256 WIRE 512 256 480 256 WIRE 592 256 592 208 WIRE 592 256 512 256 WIRE 496 304 480 304 WIRE 432 336 304 336 WIRE 480 384 480 352 WIRE 496 384 496 304 WIRE 496 384 480 384 WIRE 480 400 480 384 FLAG 480 400 0 FLAG 512 -80 VDD IOPIN 512 -80 In FLAG 352 192 VAAWG2 IOPIN 352 192 In FLAG 688 192 VBAWG1 IOPIN 688 192 In FLAG 688 96 OUT IOPIN 688 96 Out FLAG 336 64 OUTA IOPIN 336 64 Out FLAG 512 256 Vlow FLAG 304 336 Vref1 SYMBOL nmos4 368 112 R0 WINDOW 3 83 72 Left 2 SYMATTR Value ALD1106N SYMATTR InstName M1N SYMBOL pmos4 464 -64 M0 SYMATTR InstName M4P SYMATTR Value ALD1107P SYMBOL pmos4 544 -64 R0 WINDOW 3 56 73 Left 2 SYMATTR Value ALD1107P SYMATTR InstName M3P SYMBOL nmos4 432 256 R0 WINDOW 3 77 58 Left 2 SYMATTR Value ALD1106N SYMATTR InstName M4N SYMBOL nmos4 640 112 M0 WINDOW 3 -77 121 Left 2 SYMATTR Value ALD1106N SYMATTR InstName M2N TEXT 720 -104 Left 2 !.model ALD1106N NMOS(LEVEL=1 \n+KP=1123u VT0=1.48 LAMBDA=0.018 \n+CGDO=400n)\n.model ALD1107P PMOS(LEVEL=1 \n+KP=1123u VT0=-1.48 LAMBDA=0.018 \n+CGDO=400n) TEXT 736 232 Left 2 !VREF1 VREF1 0 3.33\nVB VBAWG1 0 5\nVDD VDD 0 10\nV1 VAAWG2 0 SINE(5 0.005 10k) AC 1 TEXT 720 160 Left 2 !.tran 0 0.5m 0 TEXT 720 136 Left 2 !;ac oct 10 1 1MEG TEXT 536 384 Left 2 ;Differenzverstaerker TEXT 352 168 Left 2 ;2 TEXT 384 232 Left 2 ;3 TEXT 448 240 Left 2 ;5 TEXT 560 232 Left 2 ;12 TEXT 648 168 Left 2 ;13 TEXT 384 320 Left 2 ;6 TEXT 456 368 Left 2 ;7 TEXT 560 104 Left 2 ;14 TEXT 560 40 Left 2 ;10 TEXT 392 104 Left 2 ;1 TEXT 520 32 Left 2 ;9 TEXT 464 32 Left 2 ;6 TEXT 392 32 Left 2 ;5 TEXT 416 -104 Left 2 ;7 TEXT 584 -104 Left 2 ;8 TEXT 768 88 Left 2 ;OSC1 TEXT 824 184 Left 2 ;OSC2 TEXT 272 232 Left 2 ;OSC4 TEXT 272 104 Left 2 ;OSC3 |
Das Bild zeigt das Kleinsignalersatzschaltbild in LTSPICE. Berechnung der Differenzverstärkung: u_{out} = - \left( i_5 + i_7 \right) \cdot \left( r_{d5} || r_{d7} \right) u_{out} = - \left( u_{outa} \cdot g_{m5} + u_{b} \cdot g_{m7} \right) \cdot \left( r_{d5} || r_{d7} \right) u_{out} = - \left( - u_{a} \cdot g_{m2} \left( r_{D2} || r_{m4} \right) \cdot g_{m5} + u_{b} \cdot g_{m7} \right) \cdot \left( r_{d5} || r_{d7} \right) Näherung r_{m4} \ll r_{D2} u_{out} \approx - \left( - u_{a} \cdot g_{m2} \frac{g_{m5}}{g_{m4}} + u_{b} \cdot g_{m7} \right) \cdot \left( r_{d5} || r_{d7} \right) Mit g_{m5} = g_{m4} und g_{m7} = g_{m2} und r_{d5} = r_{d7} u_{out} \approx \left( u_{a} - u_{b} \right) \frac{ r_{d7} \cdot g_{m7} }{2} |
Version 4 SHEET 1 1356 680 WIRE 416 -64 336 -64 WIRE 688 -64 416 -64 WIRE 768 -64 688 -64 WIRE 416 -48 416 -64 WIRE 336 -32 336 -64 WIRE 688 -32 688 -64 WIRE 768 -32 768 -64 WIRE 336 64 336 48 WIRE 416 64 336 64 WIRE 688 64 688 48 WIRE 688 64 592 64 WIRE 768 64 768 48 WIRE 768 64 688 64 WIRE 592 96 592 64 WIRE 656 96 592 96 WIRE 224 128 208 128 WIRE 336 128 336 64 WIRE 336 128 272 128 WIRE 448 128 336 128 WIRE 592 128 592 96 WIRE 592 128 560 128 WIRE 688 128 592 128 WIRE 784 128 752 128 WIRE 272 144 272 128 WIRE 448 144 448 128 WIRE 560 144 560 128 WIRE 688 144 688 128 WIRE 272 256 272 224 WIRE 448 256 448 224 WIRE 448 256 272 256 WIRE 496 256 448 256 WIRE 512 256 496 256 WIRE 560 256 560 224 WIRE 560 256 512 256 WIRE 688 256 688 224 WIRE 688 256 560 256 WIRE 496 352 496 256 FLAG 208 128 VA IOPIN 208 128 In FLAG 784 128 VB IOPIN 784 128 In FLAG 656 96 OUT IOPIN 656 96 Out FLAG 416 64 OUTA FLAG 512 256 Vlow FLAG 416 -48 0 FLAG 496 352 0 SYMBOL bi 272 144 R0 SYMATTR InstName B2 SYMATTR Value I={gm}*V(VA) SYMBOL res 432 128 R0 SYMATTR InstName RD2 SYMATTR Value {rd} SYMBOL res 544 128 R0 SYMATTR InstName RD7 SYMATTR Value {rd} SYMBOL bi 688 144 R0 SYMATTR InstName B7 SYMATTR Value I={gm}*V(VB) SYMBOL res 320 -48 R0 SYMATTR InstName RM4 SYMATTR Value {1/gm} SYMBOL bi 688 48 R180 WINDOW 0 24 80 Left 2 WINDOW 3 24 0 Left 2 SYMATTR InstName B5 SYMATTR Value I={gm}*V(OUTA) SYMBOL res 752 -48 R0 SYMATTR InstName RD5 SYMATTR Value {rd} TEXT 216 -176 Left 2 !.model CD4007N NMOS(LEVEL=1 KP=1123u \n+ VT0=1.48 LAMBDA=0.018 CGDO=400n)\n.model CD4007P PMOS(LEVEL=1 KP=1123u \n+VT0=-1.48 LAMBDA=0.018 CGDO=400n) TEXT 208 368 Left 2 !VREF VREF 0 3.33\nVB VB 0 SINE(0 0.005 10k) AC 1\nVDD VDD 0 10\nV1 VA 0 SINE(0 0.005 10k 0 0 180) AC 1 TEXT 648 392 Left 2 !.tran 0 0.5m 0 TEXT 648 368 Left 2 !;ac oct 10 1 1MEG TEXT 528 312 Left 2 ;Differenzverstaerker TEXT 208 104 Left 2 ;G2 TEXT 752 112 Left 2 ;G7 TEXT 288 280 Left 2 ;S TEXT 608 272 Left 2 ;S TEXT 720 -80 Left 2 ;S TEXT 656 424 Left 2 !.param gm=1m\n.param rd=1/10u |
Version 4 SHEET 1 1356 680 WIRE 432 64 400 64 WIRE 48 128 32 128 WIRE 272 128 96 128 WIRE 368 128 272 128 WIRE 416 128 368 128 WIRE 768 128 560 128 WIRE 928 128 768 128 WIRE 1024 128 928 128 WIRE 1104 128 1024 128 WIRE 96 144 96 128 WIRE 272 144 272 128 WIRE 368 144 368 128 WIRE 560 144 560 128 WIRE 768 144 768 128 WIRE 928 144 928 128 WIRE 1024 144 1024 128 WIRE 96 256 96 224 WIRE 272 256 272 224 WIRE 272 256 96 256 WIRE 368 256 368 224 WIRE 368 256 272 256 WIRE 448 256 368 256 WIRE 496 256 448 256 WIRE 560 256 560 224 WIRE 560 256 496 256 WIRE 768 256 768 224 WIRE 768 256 560 256 WIRE 928 256 928 224 WIRE 928 256 768 256 WIRE 1024 256 1024 224 WIRE 1024 256 928 256 WIRE 1104 256 1024 256 WIRE 496 352 496 256 FLAG 32 128 VA IOPIN 32 128 In FLAG 400 64 VB IOPIN 400 64 In FLAG 1104 128 OUT IOPIN 1104 128 Out FLAG 416 128 OUTA FLAG 448 256 Vlow FLAG 496 352 0 SYMBOL bi 96 144 R0 SYMATTR InstName B2 SYMATTR Value I={gm}*V(VA) SYMBOL res 256 128 R0 SYMATTR InstName RD2 SYMATTR Value {rd} SYMBOL res 1008 128 R0 SYMATTR InstName RD7 SYMATTR Value {rd} SYMBOL bi 768 144 R0 SYMATTR InstName B7 SYMATTR Value I={gm}*V(VB) SYMBOL res 352 128 R0 SYMATTR InstName RM4 SYMATTR Value {1/gm} SYMBOL bi 560 144 R0 SYMATTR InstName B5 SYMATTR Value I={gm}*V(OUTA) SYMBOL res 912 128 R0 SYMATTR InstName RD5 SYMATTR Value {rd} TEXT 544 0 Left 2 !.model CD4007N NMOS(LEVEL=1 KP=1123u \n+ VT0=1.48 LAMBDA=0.018 CGDO=400n)\n.model CD4007P PMOS(LEVEL=1 KP=1123u \n+VT0=-1.48 LAMBDA=0.018 CGDO=400n) TEXT 88 312 Left 2 !VREF VREF 0 3.33\nVB VB 0 SINE(0 0.005 10k) AC 1\nVDD VDD 0 10\nV1 VA 0 SINE(0 0.005 10k 0 0 180) AC 1 TEXT 792 344 Left 2 !.tran 0 0.5m 0 TEXT 792 304 Left 2 !;ac oct 10 1 1MEG TEXT 528 312 Left 2 ;Differenzverstaerker TEXT 32 104 Left 2 ;G2 TEXT 432 48 Right 2 ;G7 TEXT 88 280 Left 2 ;S TEXT 608 272 Left 2 ;S TEXT 80 8 Left 2 !.param gm=1m TEXT 72 40 Left 2 !.param rd=100kBei der Differenzverstärkung ist Δ UA = - Δ UB und Δ IA = - Δ IB. Damit bleibt der Knoten Vlow auf konstanten Potential und M6 kann im Kleinsignalersatzschaltbild wegfallen.
I = - g_m \cdot v_{GS7} \frac{r_{D7}||\left( r_{D5} + 2 \cdot r_{D6}\right)}{r_{D5} + 2 \cdot r_{D6}} v_{Gl} = - \frac{1}{\frac{r_{D5} + 2 \cdot r_{D6}}{g_m \cdot \left( r_{D5} r_{D7}||\left( r_{D5} + 2 \cdot r_{D6}\right) \right)} + 2 \frac{r_{D6}}{r_{D5}}} v_{Gl} = - \frac{1}{\frac{r_{D5} + 2 \cdot r_{D6} + r_{D7}}{g_m \cdot r_{D5} \cdot r_{D7} } + 2 \frac{r_{D6}}{r_{D5}}} v_{Gl} = - \frac{r_{D5}}{2 \cdot r_{D6}} \frac{1}{1 + \frac{r_{D5} + 2 \cdot r_{D6} + r_{D7}}{2 \cdot g_m \cdot r_{D6} \cdot r_{D7} }} \approx - \frac{r_{D5}}{2 \cdot r_{D6}}
Störsignale auf beiden Eingängen A und B erscheinen nicht am Ausgang und werden unterdrückt. |
Version 4 SHEET 1 1356 680 WIRE 512 -32 416 -32 WIRE 592 -32 512 -32 WIRE 656 -32 592 -32 WIRE 416 -16 416 -32 WIRE 416 -16 368 -16 WIRE 592 -16 592 -32 WIRE 368 32 368 -16 WIRE 416 32 368 32 WIRE 656 32 656 -32 WIRE 656 32 592 32 WIRE 496 64 464 64 WIRE 544 64 496 64 WIRE 416 96 416 80 WIRE 416 96 352 96 WIRE 496 96 496 64 WIRE 496 96 416 96 WIRE 592 96 592 80 WIRE 688 96 592 96 WIRE 416 112 416 96 WIRE 592 112 592 96 WIRE 432 160 416 160 WIRE 592 160 576 160 WIRE 368 192 352 192 WIRE 688 192 640 192 WIRE 432 208 432 160 WIRE 432 208 416 208 WIRE 576 208 576 160 WIRE 592 208 576 208 WIRE 416 256 416 208 WIRE 480 256 416 256 WIRE 512 256 480 256 WIRE 592 256 592 208 WIRE 592 256 512 256 WIRE 496 304 480 304 WIRE 432 336 304 336 WIRE 480 384 480 352 WIRE 496 384 496 304 WIRE 496 384 480 384 WIRE 480 400 480 384 FLAG 480 400 0 FLAG 512 -32 VDD IOPIN 512 -32 In FLAG 352 192 VA IOPIN 352 192 In FLAG 688 192 VB IOPIN 688 192 In FLAG 688 96 OUT IOPIN 688 96 Out FLAG 352 96 OUTA IOPIN 352 96 Out FLAG 512 256 Vlow FLAG 304 336 Vref SYMBOL nmos4 368 112 R0 WINDOW 3 83 72 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M2 SYMBOL pmos4 464 -16 M0 SYMATTR InstName M4 SYMATTR Value CD4007P SYMBOL pmos4 544 -16 R0 WINDOW 3 56 73 Left 2 SYMATTR Value CD4007P SYMATTR InstName M5 SYMBOL nmos4 432 256 R0 WINDOW 3 77 58 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M6 SYMBOL nmos4 640 112 M0 WINDOW 3 -77 121 Left 2 SYMATTR Value CD4007N SYMATTR InstName M7 TEXT 272 -152 Left 2 !.model CD4007N NMOS(LEVEL=1 KP=1123u VT0=1.48 LAMBDA=0.018 CGDO=400n)\n.model CD4007P PMOS(LEVEL=1 KP=1123u VT0=-1.48 LAMBDA=0.018 CGDO=400n) TEXT 312 456 Left 2 !VREF VREF 0 3.33\nVB VB 0 5\nVDD VDD 0 10\nV1 VA 0 SINE(5 0.005 10k) AC 1 TEXT 688 480 Left 2 !.tran 0 0.5m 0 TEXT 688 448 Left 2 !;ac oct 10 1 1MEG TEXT 536 384 Left 2 ;Differenzverstaerker ![]() ![]() |
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