Schaltungstechnik06 07 MOSFETProf. Dr. Jörg Vollrath05 Emitterschaltungs Variationen |
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Video der 6. Vorlesung 31.3.2021
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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
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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
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
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Ic = 4.8 mA Equivalent circuit diagram with Ctransistor and ro Voltage gain CB amplifier characteristics Verify results with SPICE |
Version 4 SHEET 1 932 680 WIRE 400 -240 400 -272 WIRE 256 -176 256 -272 WIRE 400 -128 400 -160 WIRE 432 -128 400 -128 WIRE 448 -128 432 -128 WIRE 560 -128 512 -128 WIRE 560 -112 560 -128 WIRE 400 -80 400 -128 WIRE 160 -32 128 -32 WIRE 256 -32 256 -96 WIRE 256 -32 224 -32 WIRE 336 -32 256 -32 WIRE 560 -16 560 -32 WIRE 128 0 128 -32 WIRE 256 0 256 -32 WIRE 400 64 400 16 WIRE 48 112 16 112 WIRE 144 112 128 112 WIRE 256 112 256 80 WIRE 256 112 208 112 WIRE 304 112 256 112 WIRE 336 112 304 112 WIRE 256 144 256 112 WIRE 16 160 16 112 WIRE 400 176 400 160 WIRE 464 176 400 176 WIRE 496 176 464 176 WIRE 16 272 16 240 WIRE 256 272 256 224 WIRE 400 272 400 256 WIRE 496 272 496 240 FLAG 16 272 0 FLAG 256 272 0 FLAG 400 272 0 FLAG 496 272 0 FLAG 560 -16 0 FLAG 256 -272 VCC FLAG 400 -272 VCC FLAG 304 112 VB1 FLAG 464 176 VE1 FLAG 432 -128 VC1 FLAG 16 112 Vsig FLAG 560 -128 Vout FLAG 128 0 0 SYMBOL voltage 16 144 R0 WINDOW 123 24 124 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR Value2 AC 1 SYMATTR InstName V1 SYMATTR Value SINE(0 0.02 100k) SYMBOL res 144 96 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName Rsig SYMATTR Value 100 SYMBOL cap 208 96 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName CC1 SYMATTR Value 10� SYMBOL res 240 -16 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 16.2k SYMBOL res 240 128 R0 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 13.2k SYMBOL npn 336 64 R0 SYMATTR InstName Q1 SYMATTR Value 2N2222X SYMBOL res 384 -256 R0 SYMATTR InstName RC SYMATTR Value 800 SYMBOL res 384 160 R0 SYMATTR InstName Re SYMATTR Value 600 SYMBOL cap 480 176 R0 SYMATTR InstName Ce SYMATTR Value 10� SYMBOL cap 512 -144 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName Cc2 SYMATTR Value 10� SYMBOL res 544 -128 R0 SYMATTR InstName R6 SYMATTR Value 100k SYMBOL npn 336 -80 R0 SYMATTR InstName Q2 SYMATTR Value 2N2222X SYMBOL cap 224 -48 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName CC3 SYMATTR Value 10� SYMBOL res 240 -192 R0 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 11k TEXT -32 -272 Left 2 !VCC VCC 0 DC 12 TEXT -24 -240 Left 2 !;op TEXT -24 -208 Left 2 !.ac dec 10 1 1g TEXT -32 -160 Left 2 !;tran 0 1.5m 1m 10n TEXT -24 -304 Left 2 !.options plotwinsize=0 TEXT 456 -280 Left 2 !;save v(Vsig) TEXT -64 328 Left 2 !.model 2N2222X NPN(IS=1.434E-14 VAF=74.03 BF=255.9 IKF=0.2847 XTB=3 \n+ BR=6.092 CJC=7.306E-12 CJE=22.01E-12 TR=46.91E-9 TF=411.1E-12 ITF=.6 \n+ VTF=1.5 XTF=3 RB=10 RC=1 RE=.01 Vceo=30 Icrating=800m mfg=NXP) |
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)
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 = - gmCE · ( roCE || riCB ) = - 1
Common Base Schaltung:
A3 = gmCB · ( roCB || RC || RL ) = 150
Gesamtverstärkung:
A = A1 · A2 · A3 = - 135
Version 4
SHEET 1 1540 680
WIRE 48 112 16 112
WIRE 160 112 128 112
WIRE 256 112 160 112
WIRE 304 112 256 112
WIRE 368 112 304 112
WIRE 464 112 368 112
WIRE 672 112 576 112
WIRE 768 112 672 112
WIRE 864 112 768 112
WIRE 1088 112 992 112
WIRE 1200 112 1088 112
WIRE 1360 112 1200 112
WIRE 1456 112 1360 112
WIRE 672 128 672 112
WIRE 1088 128 1088 112
WIRE 160 144 160 112
WIRE 256 144 256 112
WIRE 1360 144 1360 112
WIRE 1456 144 1456 112
WIRE 16 160 16 112
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WIRE 1200 160 1200 112
WIRE 768 176 768 112
WIRE 16 272 16 240
WIRE 160 272 160 224
WIRE 256 272 256 224
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WIRE 464 272 464 224
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WIRE 672 272 672 208
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WIRE 1088 272 1088 208
WIRE 1200 272 1200 224
WIRE 1360 272 1360 224
WIRE 1456 272 1456 224
FLAG 16 272 0
FLAG 256 272 0
FLAG 1456 272 0
FLAG 304 112 VB1
FLAG 16 112 Vsig
FLAG 1456 112 Vout
FLAG 160 272 0
FLAG 368 272 0
FLAG 576 272 0
FLAG 864 112 VE2
FLAG 672 272 0
FLAG 864 272 0
FLAG 992 272 0
FLAG 1088 272 0
FLAG 1360 272 0
FLAG 1200 272 0
FLAG 768 272 0
FLAG 464 272 0
SYMBOL voltage 16 144 R0
WINDOW 123 24 124 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
WINDOW 3 24 94 Left 2
SYMATTR Value2 AC 1
SYMATTR Value SINE(0 0.02 100k)
SYMATTR InstName V1
SYMBOL res 144 96 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName Rsig
SYMATTR Value 100
SYMBOL res 144 128 R0
SYMATTR InstName R2
SYMATTR Value 16.2k
SYMBOL res 240 128 R0
SYMATTR InstName R3
SYMATTR Value 13.2k
SYMBOL res 1344 128 R0
SYMATTR InstName RC
SYMATTR Value 800
SYMBOL res 1440 128 R0
SYMATTR InstName R6
SYMATTR Value 100k
SYMBOL res 352 144 R0
SYMATTR InstName Rice
SYMATTR Value 1k
SYMBOL res 1072 112 R0
SYMATTR InstName Rocb
SYMATTR Value 14k
SYMBOL res 656 112 R0
SYMATTR InstName Roce
SYMATTR Value 5
SYMBOL res 848 144 R0
SYMATTR InstName Ricb
SYMATTR Value 5
SYMBOL bi 992 160 R0
WINDOW 3 23 98 Left 2
SYMATTR Value I=-{gm2}*V(ve2)
SYMATTR InstName B2
SYMBOL bi 576 160 R0
SYMATTR InstName B1
SYMATTR Value I={gm}*V(Vb1)
SYMBOL cap 1184 160 R0
SYMATTR InstName Cocb
SYMATTR Value 7.3p
SYMBOL cap 752 176 R0
SYMATTR InstName C1
SYMATTR Value 1n
SYMBOL cap 448 160 R0
SYMATTR InstName C2
SYMATTR Value 22p
TEXT 264 40 Left 2 !VCC VCC 0 DC 12
TEXT 984 32 Left 2 !;op
TEXT 512 48 Left 2 !.ac dec 10 1 1g
TEXT 712 40 Left 2 !;tran 0 1.5m 1m 10n
TEXT -32 40 Left 2 !.options plotwinsize=0
TEXT -64 328 Left 2 !.model 2N2222X NPN(IS=1.434E-14 VAF=74.03 BF=255.9 IKF=0.2847 XTB=3 \n+ BR=6.092 CJC=7.306E-12 CJE=22.01E-12 TR=46.91E-9 TF=411.1E-12 ITF=.6 \n+ VTF=1.5 XTF=3 RB=10 RC=1 RE=.01 Vceo=30 Icrating=800m mfg=NXP)
TEXT -24 0 Left 2 !.param gm=0.2
TEXT 184 0 Left 2 !.param gm2=0.2
TEXT 584 88 Left 2 ;C1
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 = - gmCE · ( roCE || riCB ) = - 1
Common Base Schaltung:
A3 = gmCB · ( roCB || RC || RL ) = 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 |
Version 4 SHEET 1 980 680 WIRE 256 0 256 -16 WIRE 400 64 400 -16 WIRE 48 112 16 112 WIRE 144 112 128 112 WIRE 256 112 256 80 WIRE 256 112 208 112 WIRE 304 112 256 112 WIRE 336 112 304 112 WIRE 256 144 256 112 WIRE 16 160 16 112 WIRE 400 176 400 160 WIRE 464 176 400 176 WIRE 512 176 464 176 WIRE 592 176 576 176 WIRE 704 176 672 176 WIRE 16 272 16 240 WIRE 256 272 256 224 WIRE 400 272 400 256 WIRE 704 272 704 176 FLAG 16 272 0 FLAG 256 272 0 FLAG 400 272 0 FLAG 704 272 0 FLAG 256 -16 VCC FLAG 400 -16 VCC FLAG 304 112 VB1 FLAG 464 176 VE1 FLAG 16 112 Vsig SYMBOL voltage 16 144 R0 WINDOW 123 24 124 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR Value2 AC 1 SYMATTR InstName V1 SYMATTR Value SINE(0 0.02 100k) SYMBOL res 144 96 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName Rsig SYMATTR Value 100 SYMBOL cap 208 96 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName CC1 SYMATTR Value 10� SYMBOL res 240 -16 R0 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 27.19k SYMBOL res 240 128 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 13.27k SYMBOL npn 336 64 R0 SYMATTR InstName Q1 SYMATTR Value 2N2222X SYMBOL res 384 160 R0 SYMATTR InstName Re SYMATTR Value 600 SYMBOL cap 512 192 R270 WINDOW 0 32 32 VTop 2 WINDOW 3 0 32 VBottom 2 SYMATTR InstName CC SYMATTR Value 10� SYMBOL res 688 160 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName RL SYMATTR Value 100k TEXT -24 -80 Left 2 !VCC VCC 0 DC 12 TEXT -16 -48 Left 2 !;op TEXT -16 -16 Left 2 !.ac dec 10 1 1g TEXT -24 32 Left 2 !;tran 0 1.5m 1m 10n TEXT -16 -112 Left 2 !.options plotwinsize=0 TEXT 464 -88 Left 2 !;save v(Vsig) TEXT -16 320 Left 2 !.model 2N2222X NPN(IS=1.434E-14 VAF=74.03 BF=255.9 IKF=0.2847 XTB=3 \n+ BR=6.092 CJC=7.306E-12 CJE=22.01E-12 TR=46.91E-9 TF=411.1E-12 ITF=.6 \n+ VTF=1.5 XTF=3 RB=10 RC=1 RE=.01 Vceo=30 Icrating=800m mfg=NXP) TEXT 408 32 Left 2 ;C1 |
Reference: Microelectronic Circuit Design, Jeager Balock, 14.3 886
Ersatzschaltbild für den Eingangswiderstand und die Spannungsverstärkung.
rpi = β · re
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}
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 Ro geschaltet.
Ersatzschaltbild für den Eingangswiderstand und die Spannungsverstärkung.
Version 4
SHEET 1 1012 680
WIRE 656 32 608 32
WIRE 944 32 800 32
WIRE 656 48 656 32
WIRE 800 48 800 32
WIRE 400 64 400 -16
WIRE 944 80 944 32
WIRE 336 112 160 112
WIRE 160 160 160 112
WIRE 656 160 656 128
WIRE 720 160 656 160
WIRE 800 160 800 128
WIRE 800 160 720 160
WIRE 816 160 800 160
WIRE 400 176 400 160
WIRE 464 176 400 176
WIRE 720 176 720 160
WIRE 816 192 816 160
WIRE 944 192 816 192
WIRE 160 272 160 240
WIRE 400 272 400 256
WIRE 720 288 720 256
FLAG 160 272 0
FLAG 400 272 0
FLAG 400 -16 VCC
FLAG 464 176 VE1
FLAG 160 112 Vsig
FLAG 944 80 0
FLAG 720 288 0
FLAG 608 32 Vsig
FLAG 944 192 VE2
SYMBOL voltage 160 144 R0
WINDOW 123 24 124 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value2 AC 1
SYMATTR InstName V1
SYMATTR Value SINE(10 0.2 100k)
SYMBOL npn 336 64 R0
SYMATTR InstName Q1
SYMATTR Value 2N2222X
SYMBOL res 384 160 R0
SYMATTR InstName RLx
SYMATTR Value 600
SYMBOL res 640 32 R0
SYMATTR InstName Rpi
SYMATTR Value 150k
SYMBOL res 704 160 R0
SYMATTR InstName RLX1
SYMATTR Value 600
SYMBOL bi 800 48 R0
SYMATTR InstName B1
SYMATTR Value I={beta}*I(Rpi)
TEXT -24 -80 Left 2 !VCC VCC 0 DC 12
TEXT -16 -48 Left 2 !;op
TEXT -16 -16 Left 2 !;ac dec 10 1 1g
TEXT -24 32 Left 2 !.tran 40u
TEXT -16 -112 Left 2 !.options plotwinsize=0
TEXT 464 -88 Left 2 !;save v(Vsig)
TEXT -16 320 Left 2 !.model 2N2222X NPN(IS=1.434E-14 VAF=74.03 BF=255.9 IKF=0.2847 XTB=3 \n+ BR=6.092 CJC=7.306E-12 CJE=22.01E-12 TR=46.91E-9 TF=411.1E-12 ITF=.6 \n+ VTF=1.5 XTF=3 RB=10 RC=1 RE=.01 Vceo=30 Icrating=800m mfg=NXP)
TEXT 408 32 Left 2 ;C1
TEXT 560 -8 Left 2 !.param beta=200
TEXT 632 16 Left 2 ;ib
rpi = β · re
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}
Version 4
SHEET 1 1012 680
WIRE 528 32 512 32
WIRE 656 32 608 32
WIRE 944 32 800 32
WIRE 656 48 656 32
WIRE 800 48 800 32
WIRE 400 64 400 -16
WIRE 944 80 944 32
WIRE 224 112 160 112
WIRE 336 112 304 112
WIRE 160 160 160 112
WIRE 656 160 656 128
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WIRE 800 160 656 160
WIRE 880 160 800 160
WIRE 400 176 400 160
WIRE 464 176 400 176
WIRE 512 256 512 32
WIRE 720 256 512 256
WIRE 880 256 720 256
WIRE 160 272 160 240
WIRE 400 272 400 256
WIRE 720 288 720 256
FLAG 160 272 0
FLAG 400 272 0
FLAG 400 -16 VCC
FLAG 464 176 VE1
FLAG 160 112 Vsig
FLAG 944 80 0
FLAG 720 288 0
FLAG 880 160 VE2
SYMBOL voltage 160 144 R0
WINDOW 123 24 124 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value2 AC 1
SYMATTR InstName V1
SYMATTR Value SINE(10 0.2 100k)
SYMBOL npn 336 64 R0
SYMATTR InstName Q1
SYMATTR Value 2N2222X
SYMBOL res 640 32 R0
SYMATTR InstName Rpi
SYMATTR Value 150k
SYMBOL bi 800 48 R0
SYMATTR InstName B1
SYMATTR Value I={beta}*I(Rpi)
SYMBOL res 320 96 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName Rth
SYMATTR Value 1000
SYMBOL res 624 16 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName Rth1
SYMATTR Value 1000
TEXT -24 -80 Left 2 !VCC VCC 0 DC 12
TEXT -16 -48 Left 2 !;op
TEXT -16 -16 Left 2 !;ac dec 10 1 1g
TEXT -24 32 Left 2 !.tran 40u
TEXT -16 -112 Left 2 !.options plotwinsize=0
TEXT 464 -88 Left 2 !;save v(Vsig)
TEXT -16 320 Left 2 !.model 2N2222X NPN(IS=1.434E-14 VAF=74.03 BF=255.9 IKF=0.2847 XTB=3 \n+ BR=6.092 CJC=7.306E-12 CJE=22.01E-12 TR=46.91E-9 TF=411.1E-12 ITF=.6 \n+ VTF=1.5 XTF=3 RB=10 RC=1 RE=.01 Vceo=30 Icrating=800m mfg=NXP)
TEXT 408 32 Left 2 ;C1
TEXT 544 -56 Left 2 !.param beta=200
TEXT 632 16 Left 2 ;ib
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 Ro 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
ro ist viel größer als externe Widerstände und wird weggelassen (Unterbrechung). - Knotengleichung, Maschengleichung
- Unterschiedliche Bezeichner:
re, β, gm, rπ - Ersatzschaltbild: CE Hybrid pi
- Bücher: Unterschiedliche Darstellungen
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
Version 4
SHEET 1 880 680
WIRE 160 80 0 80
WIRE 480 80 272 80
WIRE 560 80 480 80
WIRE 624 80 560 80
WIRE 272 96 272 80
WIRE 160 112 160 80
WIRE 480 112 480 80
WIRE 560 112 560 80
WIRE 160 208 0 208
WIRE 160 208 160 176
WIRE 224 208 160 208
WIRE 272 208 272 176
WIRE 272 208 224 208
WIRE 480 208 480 192
WIRE 480 208 272 208
WIRE 560 208 560 176
WIRE 560 208 480 208
WIRE 624 208 560 208
WIRE 224 224 224 208
FLAG 0 80 Ve
FLAG 624 80 Vo
FLAG 224 224 0
SYMBOL cap 144 112 R0
SYMATTR InstName Ce
SYMATTR Value {Ce}
SYMBOL bi 272 96 R0
SYMATTR InstName B1
SYMATTR Value I={gm}*V(Ve)
SYMBOL res 464 96 R0
SYMATTR InstName ro
SYMATTR Value {Ro}
SYMBOL cap 544 112 R0
SYMATTR InstName Co
SYMATTR Value {Co}
TEXT 8 248 Left 2 !.param Ri=100k\n.param Ce=1p\n.param gm=14m\n.param Ro=100k\n.param Co=1p
TEXT 272 256 Left 2 !VE VE 0 SINE(0 0.02 10k) AC 1
TEXT 280 288 Left 2 !;tran 500u
TEXT 272 320 Left 2 !.ac dec 10 1 1G
TEXT 56 56 Left 2 ;G
TEXT 248 232 Left 2 ;S
TEXT 360 56 Left 2 ;D
Solange man nicht die oberen Eckfrequenzen berechnen möchte
lässt man die Kapazitäten weg.
Ce = vu * Cox/2
Co = Cox/2
Ce = vu * Cox/2
Co = Cox/2
MOSFET Sourceschaltung
Version 4
SHEET 1 1168 680
WIRE 400 -128 400 -160
WIRE 400 0 400 -48
WIRE 400 0 240 0
WIRE 432 0 400 0
WIRE 448 0 432 0
WIRE 560 0 512 0
WIRE 240 32 240 0
WIRE 400 64 400 0
WIRE 560 64 560 0
WIRE 496 112 400 112
WIRE 64 144 32 144
WIRE 160 144 144 144
WIRE 240 144 240 112
WIRE 240 144 224 144
WIRE 288 144 240 144
WIRE 352 144 288 144
WIRE 560 160 560 144
WIRE 400 176 400 160
WIRE 496 176 496 112
WIRE 496 176 400 176
WIRE 32 192 32 144
WIRE 400 192 400 176
WIRE 496 192 400 192
WIRE 400 208 400 192
WIRE 496 208 496 192
WIRE 32 304 32 272
WIRE 400 304 400 288
WIRE 496 304 496 272
FLAG 32 304 0
FLAG 560 160 0
FLAG 400 -160 VCC
FLAG 288 144 G2
FLAG 432 0 D2
FLAG 32 144 sig2
FLAG 560 0 out2
FLAG 400 304 0
FLAG 496 304 0
SYMBOL voltage 32 176 R0
WINDOW 123 24 124 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value2 AC 1
SYMATTR InstName V1
SYMATTR Value SINE(0 0.1 1k)
SYMBOL res 160 128 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName Rsig
SYMATTR Value 100
SYMBOL cap 224 128 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName CC1
SYMATTR Value 10�
SYMBOL res 224 16 R0
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 1Meg
SYMBOL res 384 -144 R0
SYMATTR InstName RD
SYMATTR Value {Rdval}
SYMBOL cap 512 -16 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName Cc2
SYMATTR Value 10�
SYMBOL res 544 48 R0
SYMATTR InstName RL
SYMATTR Value 100k
SYMBOL nmos4 352 64 R0
SYMATTR InstName M1
SYMATTR Value CD4007NX
SYMATTR Value2 l=10u w=10u
SYMBOL cap 480 208 R0
SYMATTR InstName C1
SYMATTR Value 10�
SYMBOL res 384 192 R0
SYMATTR InstName R2
SYMATTR Value 600
TEXT 16 -120 Left 2 !VCC VCC 0 DC 12
TEXT 40 -32 Left 2 !;op
TEXT 40 16 Left 2 !;ac dec 10 1 1g
TEXT 40 56 Left 2 !.tran 0 16m 4m
TEXT 32 -64 Left 2 !.param Rdval = 1000
TEXT -192 368 Left 2 !.model CD4007NX NMOS(LEVEL=1 KP=158m VT0=1.24 LAMBDA=0.002 CGSO=45n CGBO=2n CGDO=45n)\n.model CD4007PX PMOS(LEVEL=1 KP=158mVT0=-1.24 LAMBDA=0.002 CGSO=45n CGBO=2n CGDO=45n)
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
Vth = 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?
R11 = R1 / vu
R12 = R1
Berechnung der obigen Schaltung:
Welche Parameter werden gesucht?
Wie geht man vor?
Version 4
SHEET 1 1168 680
WIRE 96 144 32 144
WIRE 240 144 176 144
WIRE 288 144 240 144
WIRE 416 144 384 144
WIRE 592 144 416 144
WIRE 688 144 592 144
WIRE 784 144 688 144
WIRE 896 144 784 144
WIRE 240 176 240 144
WIRE 384 176 384 144
WIRE 688 176 688 144
WIRE 32 192 32 144
WIRE 592 192 592 144
WIRE 784 192 784 144
WIRE 896 208 896 144
WIRE 32 304 32 272
WIRE 240 304 240 256
WIRE 384 304 384 256
WIRE 592 304 592 272
WIRE 688 304 688 256
WIRE 784 304 784 272
WIRE 896 304 896 288
FLAG 32 304 0
FLAG 896 304 0
FLAG 288 144 G2
FLAG 416 144 D2
FLAG 32 144 sig2
FLAG 896 144 out2
FLAG 240 304 0
FLAG 384 304 0
FLAG 592 304 0
FLAG 688 304 0
FLAG 784 304 0
SYMBOL voltage 32 176 R0
WINDOW 123 24 124 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value2 AC 1
SYMATTR InstName V1
SYMATTR Value SINE(0 0.1 1k)
SYMBOL res 192 128 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName Rsig
SYMATTR Value 100
SYMBOL res 224 160 R0
SYMATTR InstName R11
SYMATTR Value 10k
SYMBOL res 768 176 R0
SYMATTR InstName RD
SYMATTR Value {Rdval}
SYMBOL res 880 192 R0
SYMATTR InstName RL
SYMATTR Value 100k
SYMBOL bi 384 176 R0
SYMATTR InstName B1
SYMATTR Value I={gm}*V(G2)
SYMBOL res 576 176 R0
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value {r0}
SYMBOL res 672 160 R0
SYMATTR InstName R12
SYMATTR Value 1Meg
TEXT 496 96 Left 2 !VCC VCC 0 DC 12
TEXT -56 136 Left 2 !;op
TEXT -176 168 Left 2 !;ac dec 10 1 1g
TEXT -184 200 Left 2 !.tran 0 16m 4m
TEXT 704 96 Left 2 !.param Rdval = 1000
TEXT -192 368 Left 2 !.model CD4007NX NMOS(LEVEL=1 KP=158m VT0=1.24 LAMBDA=0.002 CGSO=45n CGBO=2n CGDO=45n)\n.model CD4007PX PMOS(LEVEL=1 KP=158mVT0=-1.24 LAMBDA=0.002 CGSO=45n CGBO=2n CGDO=45n)
TEXT 312 288 Left 2 ;S2
TEXT -184 240 Left 2 !.param gm=10m
TEXT -184 280 Left 2 !.param r0=100k
R1 wird mit dem Millereffekt im Ersatzschaltbild aufgeteilt in:R11 = R1 / vu
R12 = R1
MOSFET Sourceschaltung Variationen
Version 4
SHEET 1 1424 1108
WIRE 1056 -192 1056 -224
WIRE 400 -128 400 -160
WIRE 1056 -64 1056 -112
WIRE 1056 -64 896 -64
WIRE 1088 -64 1056 -64
WIRE 1104 -64 1088 -64
WIRE 1216 -64 1168 -64
WIRE 896 -32 896 -64
WIRE 400 0 400 -48
WIRE 400 0 240 0
WIRE 432 0 400 0
WIRE 448 0 432 0
WIRE 560 0 512 0
WIRE 1056 0 1056 -64
WIRE 1216 0 1216 -64
WIRE 240 32 240 0
WIRE 1152 48 1056 48
WIRE 400 64 400 0
WIRE 560 64 560 0
WIRE 720 80 688 80
WIRE 816 80 800 80
WIRE 896 80 896 48
WIRE 896 80 880 80
WIRE 944 80 896 80
WIRE 1008 80 944 80
WIRE 1216 96 1216 80
WIRE 496 112 400 112
WIRE 1056 112 1056 96
WIRE 1152 112 1152 48
WIRE 1152 112 1056 112
WIRE 688 128 688 80
WIRE 1056 128 1056 112
WIRE 64 144 32 144
WIRE 160 144 144 144
WIRE 240 144 240 112
WIRE 240 144 224 144
WIRE 288 144 240 144
WIRE 352 144 288 144
WIRE 560 160 560 144
WIRE 400 176 400 160
WIRE 496 176 496 112
WIRE 496 176 400 176
WIRE 32 192 32 144
WIRE 1056 224 1056 208
WIRE 688 240 688 208
WIRE 400 272 400 256
WIRE 496 272 400 272
WIRE 400 288 400 272
WIRE 496 288 496 272
WIRE 32 304 32 272
WIRE 1056 368 1056 336
WIRE 400 384 400 368
WIRE 496 384 496 352
WIRE 1056 496 1056 448
WIRE 1056 496 896 496
WIRE 1088 496 1056 496
WIRE 1104 496 1088 496
WIRE 1216 496 1168 496
WIRE 896 528 896 496
WIRE 1056 560 1056 496
WIRE 1216 560 1216 496
WIRE 1152 608 1056 608
WIRE 624 640 592 640
WIRE 720 640 704 640
WIRE 800 640 784 640
WIRE 896 640 896 608
WIRE 896 640 880 640
WIRE 944 640 896 640
WIRE 1008 640 944 640
WIRE 1216 656 1216 640
WIRE 1056 672 1056 656
WIRE 1152 672 1152 608
WIRE 1152 672 1056 672
WIRE 592 688 592 640
WIRE 1056 688 1056 672
WIRE 592 800 592 768
FLAG 32 304 0
FLAG 560 160 0
FLAG 400 -160 VCC
FLAG 288 144 G2
FLAG 432 0 D2
FLAG 32 144 sig2
FLAG 560 0 out2
FLAG 400 384 0
FLAG 496 384 0
FLAG 688 240 0
FLAG 1216 96 0
FLAG 1056 -224 VCC
FLAG 944 80 G1
FLAG 1088 -64 D1
FLAG 688 80 sig1
FLAG 1216 -64 out1
FLAG 1056 224 0
FLAG 592 800 0
FLAG 1216 656 0
FLAG 1056 336 VCC
FLAG 944 640 G3
FLAG 1088 496 D3
FLAG 592 640 sig3
FLAG 1216 496 out3
FLAG 1056 688 0
SYMBOL voltage 32 176 R0
WINDOW 123 24 124 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value2 AC 1
SYMATTR InstName V1
SYMATTR Value SINE(0 0.1 1k)
SYMBOL res 160 128 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName Rsig
SYMATTR Value 100
SYMBOL cap 224 128 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName CC1
SYMATTR Value 10�
SYMBOL res 224 16 R0
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 1Meg
SYMBOL res 384 -144 R0
SYMATTR InstName RD
SYMATTR Value {Rdval}
SYMBOL cap 512 -16 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName Cc2
SYMATTR Value 10�
SYMBOL res 544 48 R0
SYMATTR InstName RL
SYMATTR Value 100k
SYMBOL nmos4 352 64 R0
SYMATTR InstName M1
SYMATTR Value CD4007NX
SYMATTR Value2 l=10u w=10u
SYMBOL cap 480 288 R0
SYMATTR InstName C1
SYMATTR Value 10�
SYMBOL res 384 272 R0
SYMATTR InstName R2
SYMATTR Value 2000
SYMBOL res 384 160 R0
SYMATTR InstName R3
SYMATTR Value 100
SYMBOL voltage 688 112 R0
WINDOW 123 24 124 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value2 AC 1
SYMATTR InstName V2
SYMATTR Value SINE(0 0.1 1k)
SYMBOL res 816 64 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName Rsig1
SYMATTR Value 100
SYMBOL cap 880 64 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName CC3
SYMATTR Value 10�
SYMBOL res 880 -48 R0
SYMATTR InstName R4
SYMATTR Value 1000k
SYMBOL cap 1168 -80 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName Cc4
SYMATTR Value 10�
SYMBOL res 1200 -16 R0
SYMATTR InstName RL1
SYMATTR Value 100k
SYMBOL nmos4 1008 0 R0
SYMATTR InstName M2
SYMATTR Value CD4007NX
SYMATTR Value2 l=10u w=10u
SYMBOL current 1056 -192 R0
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR InstName I1
SYMATTR Value 10�
SYMBOL res 1040 112 R0
SYMATTR InstName R5
SYMATTR Value 11.5k
SYMBOL voltage 592 672 R0
WINDOW 123 24 124 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value2 AC 1
SYMATTR InstName V3
SYMATTR Value SINE(0 0.1 1k)
SYMBOL res 720 624 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName Rsig2
SYMATTR Value 100
SYMBOL cap 784 624 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName CC5
SYMATTR Value 10�
SYMBOL res 880 512 R0
SYMATTR InstName R6
SYMATTR Value 1Meg
SYMBOL cap 1168 480 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName Cc6
SYMATTR Value 10�
SYMBOL res 1200 544 R0
SYMATTR InstName RL2
SYMATTR Value 100k
SYMBOL nmos4 1008 560 R0
SYMATTR InstName M3
SYMATTR Value CD4007NX
SYMATTR Value2 l=10u w=10u
SYMBOL current 1056 368 R0
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR InstName I2
SYMATTR Value 100�
SYMBOL res 896 624 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R8
SYMATTR Value 130k
TEXT 16 -120 Left 2 !VCC VCC 0 DC 12
TEXT 40 -32 Left 2 !;op
TEXT 40 16 Left 2 !;ac dec 10 1 1g
TEXT 40 56 Left 2 !.tran 0 16m 4m
TEXT 32 -64 Left 2 !.param Rdval = 1000
TEXT -16 408 Left 2 !.model CD4007NX NMOS(LEVEL=1 \n+KP=158m VT0=1.24 LAMBDA=0.002 \n+CGSO=45n CGBO=2n CGDO=45n)\n.model CD4007PX PMOS(LEVEL=1 \n+KP=158mVT0=-1.24 LAMBDA=0.002 \n+CGSO=45n CGBO=2n CGDO=45n)
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
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
- Stromquellen
- MOSFET Schaltungen