Schaltungstechnik

06 07 MOSFET

Prof. Dr. Jörg Vollrath

05 Emitterschaltungs Variationen

Video der 6. Vorlesung 31.3.2021

Länge: 1:02:43

0:2:35 Aufgaben zum Rechnen

0:4:44 BJT Schaltungskonfigurationen Exercise U2.6

0:10:40 Circuit A Q2

0:15:0 Circuit B Radio

0:17:45 Kollektorschaltung

0:25:10 Schaltung D

0:28:44 Schaltung E

0:36:45 Frequenzgangsmessung Praktikum

0:41:25 MOSFET Kleinsignalersatzschaltbild

0:43:13 Arbeitspunkteinstellung

0:44:53 Kleinsignalersatzschaltbild

0:50:43 Äquivalentes Ersatzschaltbild

0:59:3 Ersatzwiderstände R11, R12

Video der 7. Vorlesung 13.4.2021

Länge:

0:0:8 Kaskode Widerstand R1

0:3:46 Lösung mit Knoten und Maschengleichung, Stromgleichungen

0:7:21 Einfachste Lösung BasisschaltungsKESB aus Stromgleichung

0:15:31 Ungenaue Rechnung, Streuung der Bauelemente

0:21:36 Übertragungsfunktion AC

0:26:46 Verbesserung R Common Collector

0:29:19 Nachdenken über die Lösung

0:34:9 MOSFET Sourceschaltung

0:34:44 Unterschiede

0:38:6 Schaltungsvariationen

0:39:9 Schaltungsanalyse

0:46:14 R1 mit Miller in Ersatzwiderstände transformieren

0:51:31 LTSPICE

0:53:12 Stromvergleich

0:55:29 FFT und Klirrfaktor

0:56:59 AC Analyse f3dB

Rückblick und Übersicht

Emitterwiderstand
Stromquellenbiasing
Obere Eckfrequenz (Miller-Effekt)
Optimierung einer BJT CE Schaltung

Heute

Aufgaben: BJT Basischaltung, Sourceschaltung
MOSFET Sourceschaltung

Aufgaben

Nächste Woche 7.4.2021 keine Vorlesung

Umfrage BJT Konfigurationen U2.6, 36, 37

BJT Aufgabe

Cascode, common gate U2.4, 32
Common Collector, Emitter Follower U2.5, 33

MOSFET Aufgabe

Übung 4: Verstärkerschaltungen Aufgabe 1

Bitte schicken Sie mir eine abfotografierte Lösung als pdf bis zum 9.4.2021.
Bereiten Sie sich auf den Versuch 1 vor. (Simulation/Rechnung)
Moodle check Anleitung

Cascode, common gate U2.4, 32

Ic = 4.8 mA
Equivalent circuit diagram with C_transistor and r_o
Voltage gain
CB amplifier characteristics
Verify results with SPICE

Formeln U2 S.17 (Gesteuerte Quelle) und S. 13 (Transistor)

Die Kleinsignalparameter ri, ro erhält man durch Ableitung der Stromgleichung.

\( I_C = I_S e^{\frac{U_{be}}{U_T}} \left( 1 + \frac{U_{CE}}{U_{EA}} \right) \)

Common Emitter:
\( r_{iCE} = \beta \cdot r_e = \beta \frac{U_T}{I_C} = 1 k\Omega \)	\( g_{mCE} = \frac{I_C}{U_T} = 0.2 S \)	\( r_{oCE} = \frac{U_A}{I_C} = \frac{70 V}{5 mA} = 14 k\Omega \)
Common Base:
\( r_{iCB} = \frac{U_T}{I_C} = 5 \Omega \)	\( g_{mCB} = \frac{I_C}{U_T} = 0.2 S \)	\( r_{oCB} = \frac{U_A}{I_C} = \frac{70 V}{5 mA} = 14 k\Omega \)

Spannungsverstärkung:
Eingangsspannungsteiler:
\( R = \frac{1}{\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_{ice}}} = 880 \Omega \)
\( A_1 = \frac{R}{R_{sig} + R} = 0.9 \)

Common Emitter Schaltung:
A₂ = - g_mCE · ( r_oCE || r_iCB ) = - 1

Common Base Schaltung:
A₃ = g_mCB · ( r_oCB || R_C || R_L ) = 150

Gesamtverstärkung:
A = A₁ · A₂ · A₃ = - 135

Common Collector, Emitter Follower U2.5, 33

ie=5.02mA
Calculate and confirm values: R1, R2
IR2 = 10 IB
SPICE: DC and AC Analysis
Calculate: ro, Rin, Ro, ai, Av, GV, Ap

Reference: Microelectronic Circuit Design, Jeager Balock, 14.3 886

Ersatzschaltbild für den Eingangswiderstand und die Spannungsverstärkung.

r_pi = β · r_e
\( u_o = \beta \cdot i_b \cdot R_L \)
\( u_{i} = i_b \cdot r_{pi} + \beta i_b \cdot R_L \)

\( R_i = r_{pi} + \beta \cdot R_L \)

\( A_{v} = \frac{u_o}{u_i} = \frac{\beta \cdot i_b \cdot R_L}{i_b \cdot r_{pi} + \beta \cdot i_b \cdot R_L} = \frac{\beta \cdot R_L}{ r_{pi} + \beta \cdot R_L} \)

\( R_{o} = \frac{u_{e2}}{i_{e2}} \)

\( i_{e2} = - i_b - \beta i_b \)

\( u_{e2} = - i_b ( R_{pi} + R_{th}) \)

\( R_{o} = \frac{R_{pi} + R_{th}}{\beta } \)

Der Lastwiderstand ist parallel zu R_o geschaltet.

Nachdenken über die Lösung

Es sind anspruchsvolle Aufgaben

Internet:
https://www.seas.upenn.edu/~ese319/Lecture_Notes/Lec_10_HF_Model_12.pdf
You tube:
https://www.youtube.com/watch?v=NlbKkwcM0JE
Buch
Microelectronic Circuit Design, Jeager Balock
Näherungen:
1 + β wird zu β
r_o ist viel größer als externe Widerstände und wird weggelassen (Unterbrechung).
Knotengleichung, Maschengleichung
Unterschiedliche Bezeichner:
r_e, β, g_m, r_π
Ersatzschaltbild: CE Hybrid pi
Bücher: Unterschiedliche Darstellungen

Es hilft die Transistorpinbezeichnungen (B, E, C) in den Ersatzschaltbildern einzutragen.
Umzeichnen hilft.
Wie viel Zeit wende ich auf?
Welche Hilfsmittel nehme ich in Anspruch?

Praktikum Messung Frequenzgang

Gruppe AA1..7 Mo 12.04.2021
Coronaschnelltest

Welche Geräte benötigen Sie?
Was wird eingestellt, was wird gemessen?
Welche Schwierigkeiten erwarten Sie?
Sie messen bei 1 Hz. Welche Messwerte, Schwierigkeiten erwarten Sie?
Sie messen bei 1 kHz. Welche Messwerte, Schwierigkeiten erwarten Sie?
Sie messen bei 10 MHz. Welche Messwerte, Schwierigkeiten erwarten Sie?

MOSFET Kleinsignalersatzschaltbild

Solange man nicht die oberen Eckfrequenzen berechnen möchte lässt man die Kapazitäten weg.
Ce = v_u * Cox/2
Co = Cox/2

MOSFET Sourceschaltung

Ähnliche Werte wie die Bipolarschaltung, um die Schaltungen zu vergleichen.
RL = 100k, CC1, CC2, C1 = 10 µF, R2 = 600 Ω, RD = 1000 Ω, VCC = 12 V
V_th = 1.24 V, KP = 158 mAV^-2;, λ = 0.002 V^-1

Welche Unterschiede gibt es zum bisherigen Kenntnisstand?
Berechnung der obigen Schaltung:
Welche Parameter werden gesucht?
Wie geht man vor?

R1 wird mit dem Millereffekt im Ersatzschaltbild aufgeteilt in:
R11 = R1 / v_u
R12 = R1

MOSFET Sourceschaltung Variationen

Startpunkt links oben: Bipolartopologie mit verbessertem Gatebias.
Rechts oben: Die Stromquelle oben erhöht den Ausgangswiderstand und die Verstärkung.
Die Gegenkopplung R6, R8 vereinfacht die Einstellung der Verstärkung.
Die Schaltung rechts unten hat die kleinste 1. harmonische und einen Unterschied von -7 dB - (-84 dB) = 77 dB und damit den kleinsten Klirrfaktor.
Dies entspricht 77 dB / 6 dB = 13 Bit

Zusammenfassung und nächste Vorlesung

Aufgaben zum rechnen
MOSFET Sourceschaltung

Nächstes Mal: 08 Stromquellen

Stromquellen
MOSFET Schaltungen

2021 Schaltungstechnik 06 07 MOSFET Prof. Dr. Joerg Vollrath