Captolul 4 mplfcatoare elementare
4.. Etaje de amplfcare cu un tranzstor
4... Etajul sursa comuna L g m ( GS GS L // r ds ) m ( r ) g // L ds // r o L ds
4... Etajul drena comuna g g s m s m s m o g // s GS m GS s GS m g g S
4..3. Etajul grla comuna L gm GS GS L ( ) o L g ds m g m // r L ( g ) m
4..4. Etajul sarcna dstrbuta (MS) L g GS m g m GS GS L s S g L g m m s // r o L ds ( g ) m S
4..5. Etajul emtor comun CC C B B C C L L o o g L m rπ // // ( // ) C B C // // r o L B B E C E
4..6. Etajul colector comun CC C B B C L o rπ E ( β )( E // L) ( β )( E // L) // // [ r ( β )( // )] B // B L π // / g m E L B E L o
4..7. Etajul baza comuna L m o g m g o L o r r // π β L ( )
E Q L E E o L o E E L r r // ) ( r ) ( r π π π β β β β B B C C 4..8. Etajul sarcna dstrbuta (bpolar)
4.. mplfcatorul cascod
antajul amplfcatorulu cascod: raspuns n frecenta superor etajulu emtor comun. Q Q ' β gm ' r π
4.3. mplfcatoare dferentale CMS elementare
4.3.. mplfcatorul dferental CMS cu sarcna pasa DD Q Q
mplfcatorul dferental repreznta un bloc fundamental n proectarea crcutelor ntegrate analogce caracterstcle tranzstoarelor trebue sa fe dentce aceeas temperatura de functonare a tranzstoarelor rezstentele de sarcna de aloare egala Tensunea de esre poate f: dferentala (smetrca): asmetrca: - sau
nalza de semnal mare Dec: GS D GS D T K D T K D K D D 0 0 4 K ( ) 4 4 K K K K D D 4 4 pentru rezulta D, D. 0 K Tensunea de esre este (pentru esre dferentala): ( ) D D D D K K 4 4 4K K
Dezoltarea n sere Taylor a exprese tensun de esre este:... ) ( / / / / / / 5 3 5 3 3 8 K 8 K K... ) ( 5 5 3 3 a a a dd K a mplfcarea de mod dferental: ( ) D D Caracterstcle,
( ) Caracterstca
nalza de semnal mc Tensun de mod dferental: d, od Tensun de mod comun: c, oc d od c oc o o o o - tensunea dferentala de ntrare - tensunea dferentala de esre - tensunea de mod comun de ntrare - tensunea de mod comun de esre c c d d ; ; o o oc oc od od
mplfcarle n tensune dd cc cd dc od - amplfcare de mod dferental d oc c od c oc d c d d c 0 0 0 0 - amplfcare de mod comun - amplfcare mod comun - mod dferental - amplfcare mod dferental - mod comun Tensunle de esre (dferentala s de mod comun) or aea expresle: od oc dd dc d d cd cc c c
ezulta: o o dc dc dd dd d d cc cc cd cd c c Pentru un amplfcator dferental perfect smetrc, dc 0 s cd 0, dec: aportul de rejecte a modulu comun (CM Common-Mode ejecton ato) este: o dm d CM cm o dm s cm sunt dferte pentru esre dferentala ( o od ), respect smpla ( o o sau o ). o o dd dd d d cc cc c c c
Determnarea amplfcarlor de semnal mc: metoda semcrcutulu Mod dferental ( d 0, c 0 d, - d ) S-a ntrodus o rezstenta de sarcna suplmentara ( L ). DD D D Δ d L D D -Δ d d Q od - od Q - d Q d D // L / od D - DD (a) (b)
mplfcarea n tensune de mod dferental: dd od d g m D // L - esre smetrca: od d - esre asmetrca: od d ezstenta dferentala de ntrare: dd dd d
Mod comun ( c 0, d 0 c, c ) DD DD D L D D L D oc oc oc oc c Q Q c c Q Q c - DD - DD (a) (b) c Q D oc (c)
mplfcarea n tensune de mod comun: cc oc c g g m m D D ezstenta de ntrare de mod comun: c Dec: CM g m D L L Pentru cresterea CM, trebue marta aloarea rezstente, prn nlocurea Surse de curent de polarzare prntr-o sursa de curent de tp cascod.
Domenul maxm al tensun de ntrare de mod comun DD M M C 3 M 3 mn ( ) C GS DS 3sat GS GS 3 T T K max C DD DSsat GS DD T
Caracterstcle ( ) pentru tensun de ntrare de mod comun multple mn C mn C,
Caracterstcle ( ) pentru tensun de ntrare de mod comun multple max C max C 9
Cresterea domenulu maxm al tensun de ntrare de mod dferental asocat une functonar lnare este posbla prn ntroducerea unor rezstente n sursele tranzstoarelor. DD M M
dd gm g m cc g m gm ( ) ( ) C mn GS DS 3sat GS GS 3 T T K C max DD DSsat GS DD T Caracterstcle ( ) pentru curent de polarzare multpl
Caracterstcle, D D ( )
SMUL pentru amplfcatorul dferental CMS nalza de mod dferental s semnal mare
SMUL pentru amplfcatorul dferental CMS nalza de mod dferental s semnal mare SM 4.: ()
SMUL pentru amplfcatorul dferental CMS nalza de mod dferental s semnal mare SM 4.: D, D ()
SMUL pentru amplfcatorul dferental CMS nalza de mod dferental s semnal mare SM 4.3: (), - parametru
SMUL pentru amplfcatorul dferental CMS nalza de mod dferental s semnal mare SM 4.4: D, D (), - parametru
SMUL pentru amplfcatorul dferental CMS nalza de mod comun s semnal mare
SMUL pentru amplfcatorul dferental CMS nalza de mod comun s semnal mare SM 4.5: C ()
Tensunea de offset de ntrare ( ) ( ) D D T T GS GS L W K L W K / ' / ' ) ( [ ] [ ] L W L W K L W L W K D D D D T )/ / ( ) / ( ' ) / ( )/ / ( ) / ( ' ) / ( Δ Δ Δ Δ Δ ) / ( ) / ( ) / ( ) / ( ) / ( ' L W L W L W L W L W K D D D D D T Δ Δ Δ Δ Δ ) / ( ) / ( L W L W D D T GS T Δ Δ Δ Smlar amplfcatorulu dferental bpolar, rezulta: Daca cele doua tranzstoare nu sunt dentce, este necesara aplcarea une tensun de ntrare nenule (numta tensune de offset de ntrare) n ederea anular tensun de esre.
) / ( ) / ( L W L W T GS T Δ Δ Δ D D D D Δ Δ Δ Δ D D Δ Δ Dar: echalent cu: ezulta:
4.3.. mplfcatorul dferental CMS elementar cu sarcna acta DD M 3 M 4 g m / g m / -g m / l / M M g m - / - DD dd m ( r // r ) g // ds ds4 l dd l g m ( r // r ) ds ds4 g m r ds λ K
4.4. mplfcatoare dferentale bpolare elementare
4.4.. mplfcatorul dferental bpolar elementar cu sarcna pasa CC CC C C C C C C C C Q Q Q Q EE - EE - EE (a) (b)
nalza de semnal mare Dar: E C α E C C BE S e BE BE th α α S S e e BE BE th th e e BE th BE th BE Expresle curentlor de colector: C C e e α α th th
Expresle C s C se pot dezolta n ser Taylor: ( x) C ( x) C x x x e 4 48 e x x 4 3 3... x... 48 x α th Dec, tangenta la caracterstca C (x)/ are urmatoarea ecuate: Daca: y 0 x y x 4 th 50m emarc: pentru (sau x 0), C C / pentru o functonare aproxmat lnara, ampltudnea maxma a tensun de ntrare trebue sa fe ma mca decat th (x ), dec aproxmat 50m
Caracterstcle statce ( C, C )/ f [( - )/ th ] ale amplfcatorulu dferental bpolar ( C, C )/ α C / C x ( - )/ th -4-3 - - 0 3 4
Tensunea de esre smetrca are expresa: 3 x x... 4 ( C C) C C Caracterstca statca - f [( - )/ th ] a amplfcatorulu dferental bpolar - C -4-3 - - 0 3 4 x ( - )/ th - C
Cresterea domenulu maxm al tensun de ntrare (pentru o functonare lnara) prn ntroducerea unor rezstente sere n emtor - -4-3 - - 0 3 4 ( - )/ th
nalza de semnal mc Determnarea amplfcarlor: metoda semcrcutulu Mod dferental ( d 0, c 0 d /, - d / ) S-a ntrodus rezstenta de sarcna suplmentara ( l ). C C C Δ c od / l - od / C - Δ c d / Q Q - d / d / C // l / od / EE (a) (b)
mplfcarea semcrcutulu: od d / / od d g m C // l mplfcarea de mod dferental: - esre dferentala (smetrca): - esre smpla (asmetrca) dd dd ( od / ) ( / ) ezstenta de ntrare de mod dferental: d od d / / / od / d ( / ) d od d od d g m g m C C // // l l d r π
Mod comun ( c 0, d 0 c, - c ) CC CC C l C C l C oc oc oc oc c Q Q c c Q Q c EE EE EE - EE - EE (a) (b) c c c b C oc EE (c)
mplfcarea de mod comun: oc β0 C cc c rπ (β0 ) EE ezstenta de ntrare de mod comun: c c rπ ( β0 ) EE c C EE aportul de rejecte a modulu comun (CM) - caracterzeaza capactatea amplfcatorulu dferental de a amplfca semnalele de mod dferental s de a rejecta semnalele de mod comun. - pentru esre dferentala ( od 0 pentru c, dec cm cd 0), dec: CM dm cm dd cd gm 0 C - pentru esre smpla ( o o sau o ) dm dd / gmc / CM / cm cc C EE g m EE
Pentru cresterea CM, este necesara nlocurea rezstente EE cu o sursa de curent. CC C C Q Q Q 3 - EE repreznta rezstenta de esre a surse de curent. cc C
Determnarea domenulu maxm al tensun de ntrare de mod comun CC C C C Q Q Q 3 - EE max C CC C CEsat BE mn C EE CE 3sat BE
SMUL pentru amplfcatorul dferental bpolar nalza de mod dferental s semnal mare
SMUL pentru amplfcatorul dferental bpolar nalza de mod dferental s semnal mare SM 4.6: ()
SMUL pentru amplfcatorul dferental bpolar nalza de mod dferental s semnal mare SM 4.7: C, C ()
SMUL pentru amplfcatorul dferental bpolar nalza de mod dferental s semnal mare SM 4.8: (), - parametru
SMUL pentru amplfcatorul dferental bpolar nalza de mod dferental s semnal mare SM 4.9: C, C (), - parametru
SMUL pentru amplfcatorul dferental bpolar nalza de mod comun s semnal mare
SMUL pentru amplfcatorul dferental bpolar nalza de mod comun s semnal mare SM 4.0: C ()
SMUL pentru amplfcatorul dferental bpolar nalza de mod comun s semnal mare SM 4.: C (), 5 - parametru
Tensunea de offset (decalaj) de ntrare Daca cele doua tranzstoare nu sunt dentce, este necesara aplcarea une tensun de ntrare nenule (numta tensune de offset de ntrare) n ederea anular tensun de esre. Deoarece: rezulta: BE C BE C C th ln C C C S S th ln C C S S Se defnesc parametr ce descru asmetrle astfel: x x x Δx x x x x Δx x Δx x
ezulta: Pentru: se poate utlza aproxmarea: Dec: deoarece: Exemplu: S S S S C C C C th S S S S C C C C th Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ ln ln S S C C S S C C / x sau / x s Δ Δ Δ Δ << << ( )( ) x x x x x S S C C th S S C C th ln Δ Δ Δ Δ,5m 0,05 0,0; S S C C Δ Δ ( ) x pentru x, x ln <<
4.4.. mplfcatorul dferental bpolar elementar cu sarcna acta CC Q 3 Q 4 / Q Q - / l o g m gm l o o4 g // r // r dd ( // r // r ) g ( // r // r ) m ( ) l o o 4 - EE m l o o4 dd l g m ( r // r ) o o4 g r m o C th C th
4.5. mplfcatorul dferental bpolar cascod
4.5. mplfcatorul dferental bpolar cascod CC L L o o Q 3 Q 4 Q Q e e 3 - EE
Mod dferental Mod comun Q 3 Q 3 d Q e L od c Q e 3 L ( // ) oc Semcrcutul de mod dferental Semcrcutul de mod comun dd r π βl ( β ) E cc r π βl ( β )( E 3 )
4.6. mplfcator dferental polarzat cu o sursa dubla de curent
4.6. mplfcator dferental polarzat cu o sursa dubla de curent DD Q 6 5 Q 3 Q Q 4 Z 3 4 - DD
Mod dferental Mod comun T T ( 5 /) // 3 3 Semcrcutul de mod dferental Semcrcutul de mod comun dd r π β ( ) 5 β // 3 cc r π β ( β ) 3 3 3 r o3 r π 3 β3 3 6 // r Z
4.7. Structura cu amplfcatoare dferentale
4.7. Structura cu amplfcatoare dferentale CC 3 4 o o 5 Q Q 6 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 - CC
Mod dferental Mod comun //rπ4 //[rπ4( β )ro8] Q Q r6 Semcrcutul de mod dferental () Semcrcutul de mod comun () 3 Q4 Q4 3 r8 Semcrcutul de mod dferental () Semcrcutul de mod comun ()
mplfcarea de mod dferental () dd g m ( // r ) π 4 cc mplfcarea de mod comun () β // r π [ rπ 4 ( β ) ro8 ] ( β ) ro6 mplfcarea de mod dferental () g dd m4 3 mplfcarea de mod comun () cc β r π 3 ( β ) ro 8
4.8. mplfcator dferental CMS cu caracterstca de transfer lnarzata
4.8. mplfcator dferental CMS cu caracterstca de transfer lnarzata DD M M 3 4
D K ( ) ( ) GS T D K GS ( ) ( )( ) D D K GS GS GS GS T T GS GS GS GS GS GS dd K ( T ) K ( ) T
mplementare posbla DD 3 M M M 3 M 4 C 4 GS 3 GS4 T K dd K
4.9. mplfcatoare dferentale CMS de tp cascod
4.9.. mplfcator dferental CMS de tp cascoda ntoarsa () (folded cascod) C3 M 4 M M 8 C4 M 3 M M D7 D6 g mplfcarea: C M M 7 M 0 M 6 M 9 M 5 C m D0 DD Curent n PSF: D3 D D D6 D0 D D D9 D D7 D8 Curentul de esre: ( ) g ( )[ r g r // r g ( r // r )] D6 o ( ) ( ) g ( ) D9 g m m D ds7 m7 ds8 ds6 m6 [ ( )] g r // g r r // r m7 ds8 D5 D3 D m6 ds6 D4 D ds5 D5 D ds D9 (fxat de, ) C C 3 m ds5 ds
4.9.. mplfcator dferental CMS de tp cascoda ntoarsa () (folded cascod) DD Curent n PSF: M 7 M 6 M 0 M C fxeaza C4 C5 / M M M 8 M 9 M 3 GS 4 GS5 C M 4 K M 5 4K M 3 M 6 M 4 C M 7 M 5 M D D D4... D9 T T K 4K K... D3 D0 D7 D4 4K K ( ) C T
4.9.. mplfcator dferental MS de tp cascoda ntoarsa () (folded cascod) - contnuare DD M 7 M 6 M 0 M M 3 M M M 8 C M 9 M 4 M 5 M 3 M 6 M 7 M M 4 M 5 C Curentul de esre pentru calculul : ' D9 D7 D9 D8 ( ) ( ) g ( ) D D D0 D D D m mplfcarea: g ' m ' g ' m ' { r g r // [ r g ( r // r )]} ds7 g m m7 ' ds5 ( ) ds9 m9 ds ds
4.9.3. mplfcator dferental MS de tp cascoda ntoarsa (3) (folded cascod) DD M M 5 M 4 M 5 M M 6 M 7 M M C M 3 M 4 M 3 M 8 M 9 M 0 Curentul de esre pentru calculul : ' D7 mplfcarea: dd D9 g m ( ) ( ) g ' ( ) D5 ' g dd D m g { rds9 // rds7 [ gm7 ( rds // rds5 )]} gmrds9 ( r // r ) D4 m ds0 dd D dd D ds D m