Zadaci MOSFET Sklopovi

SKLOPOVI S MOSFET-om ZADATAK 1. U pojaalu sa slike 1.1 zadano je: V 15DDU , 500gR , M 2,21R ,

M 12R , k 2,1DR , k 7,2TR i k 1SR . Parametri n-kanalnog MOSFET-a su 2mA/V 5,2K , V 10 GSU i -1V 0038,0 . Odrediti naponska pojaanja

ul

izV u

uA i

g

izVg u

uA , ulazni otpor ulR i izlazni otpor izR pojaala.

R1

R2 RS

RD

Rg CG

CD

CS

RT uiz

-

+

uul

-

+

ug

+UDD

Rul Riz Slika 1.1.

Rjeenje: Da bi odredili pojaanja i otpore prvo trebamo odrediti statiku radnu toku i dinamike parametre. Kod prorauna statike radne toke svi kondenzatori imaju beskonano veliki otpor, slika 1.2a. Ulazna mrea, koja je prikazana na slici 1.2b nadomjeta se prema Thevenin-u slika 1.2c. Na slici 1.2d prikazan je sklop koji e nam posluiti za proraun statike radne toke.

R1 RD

+UDD

R2 RS

R1

+UDD

R2

RG

UGG

G GG

a) b) c)

RG

UGG

G

+UDD

RS

d)

IGID

Slika 1.2.

Napon UGG moemo raunati pomou izraza:

VURR

RU DDGG 69,415102,2101101

66

6

21

2

a otpor RG pomou izraza:

kRRRRRRRG 5,687102,2101

102,210166

66

21

2121

Jednadba ulaznog kruga uz struju IG=0 glasi: SDQGSQGG RIUU Struja odvoda je:

S

GSQGGGSGSQDQ R

UUUUKI

202 Sreivanjem gornje jednadbe dobivamo: 0

212 2 002

S

GGGSGSQGS

SGSQ RK

UUUU

RKU

Uvrtavanjem numerikih vrijednosti dobivamo kvadratnu jednadbu: 0752,28,22 GSQGSQ UU Rjeavanjem kvadratne jednadbe dobivamo dva rjeenja: VUGSQ 77,01 VUGSQ 57,32 Za n-kanalni MOSFET mora vrijediti V 10 GSGSQ UU . Zbog toga drugo rjeenje nije dobro i vrijedi VUGSQ 77,0 . Struja odvoda jednaka je: mAUUKI GSGSQDQ 92,3177,02105,22 2

32

0

Jednadba izlaznog kruga glasi: SDQDSQDDQDD RIURIU Iz gornje jednadbe dobivamo napon UDSQ koji je jednak: VRRIUU SDDQDDDSQ 38,6)10001200(1092,315 3

VUUVU GSGSQDSQ 77,1177,038,6 0 MOSFET radi u podruju zasienja. Struja odvoda MOSFET-a u podruju zasienja je: DSGSGSD uUuKi 12 20 Dinamiki su parametri:

mA/V 53,438,60038,01177,0105,21 30 DSQGSGSQQGS

Dm UUUKu

ig

S 9,141092,30038,02

1 320

DQGSGSQQDS

D

d

IUUKui

r ,

k 14,67109,141

6dr

Kod dinamike analize svi kondenzatori imaju jako mali otpor pa uzimamo da predstavljaju kratki spoj. Zbog toga je otpor RS za izmjenini signal kratko spojen tj. uvod MOSFET-a je spojen na masu . Naponski izvori UDD i UGG za izmjenini signal takoer predstavljaju kratki spoj. Za crtanje nadomjesne sheme za mali signal koristit emo model MOSFET-a za mali

signal sa slike 1.3. Pri crtanju nadomjesne sheme pojaala sa slike 1.1 prvo emo nadomjestiti ulazni krug. Izmeu upravljake elektrode i mase spojen je otpornik RG, jer je naponski izvor UGG za izmjenini signal kratki spoj. Na upravljaku elektrodu spojen je otpornik Rg , jer je kapacitet CG kratki spoj. U seriju s njim spojen je naponski izvor ug, slika 1.4. Sad emo nadomjestiti izlazni krug. Izmeu odvoda i mase spojen je otpornik RD, jer je naponski izvor UDD za izmjenini signal kratki spoj, te otpornik RT jer je kondenzator CD kratki spoj, slika 1.5.

gmugs rdugs-

+G D

S

uds-

+

Slika 1.3.

gmugs rdugs-

+G D

S

uds-

+ug

Rg

RGuul-

+

Slika 1.4.

gmugs rdugs-

+G D

S

uiz-

+

RD RT

Slika 1.5.

Na slici 1.6 prikazan je model pojaala za dinamiku analizu

gmugs rdugs-

+G D

S

uiz-

+

ug

Rg

RGuul-

+

RD RT

Rul Riz

Slika 1.6.

Pojaanje ul

izV u

uA to znai da trebamo nai omjer napon uiz i uul

Izlazni napon jednak je: TDdgsmiz RRrugu

Ulazni napon jednak je naponu ugs. gsul uu Pojaanje je jednako:

72,3107,2102,11014,671053,4 3333 TDdmgs

TDdgsm

ul

izV RRrgu

RRruguuA

U ulaznom krugu vidimo naponsko dijelilo za koje vrijedi:

gGg

Gul uRR

Ru Naponsko pojaanje AVg rauna se prema izrazu: 717,3

105,687500105,68772,3 3

3

Gg

GV

g

ul

ul

iz

g

izVg RR

RAuu

uu

uuA

Ulazni otpor jednak je: kRR Gul 5,687

Kod raunanja izlaznog otpora sve nezavisne izvore treba ugasiti tj. naponski izvori se kratko spajaju, a strujni su odspojeni. Zavisni izvori e postojati ako postoji napon ili struja o kojoj su ovisni. Troilo je zamijenjeno naponskim izvorom u koji daje struju i. Izlazni otpor jednak je:

iuRiz

Nadomjesna shema za odreivanje izlaznog otpora prikazana je na slici 1.7.

gmugs rdugs-

+G D

S

u

Rg

RG RD

Riz

i

Slika 1.7.

Sa slike se vidi da je napon ugs=0 zbog ega ne postoji strujni izvor gmugs. Konana nadomjesna shema prikazana je na slici 1.8.

rd uRD

Riz

i

Slika 1.8.

Iz slike moemo odrediti struju i koja je jednaka:

Dd Rr

ui Uvrtavanjem gornjeg izraza u jednadbu izlaznog otpora dobivamo:

1179102,11014,67 33DdDd

iz Rr

Rruu

iuR

ZADATAK 2. Za pojaalu sa slike 2.1 zadano je: V 18DDU , 500gR , M 3,31R , ,1M 12R , k 2DR i k 3,3TR . Parametri n-kanalnog MOSFET-a su

2mA/V 25,2K , V 5,00 GSU i -1V 0045,0 . Odrediti: a. vrijednost otpornika RS tako da tee struja AIDQ m 915,2 , b. naponska pojaanja

ul

izV u

uA i

g

izVg u

uA , c. ulazni otpor ulR i izlazni otpor izR pojaala.

R1

R2 RS

RD

Rg CG

CD

CS

RT uiz

-

+

uul

-

+

ug

+UDD

Rul Riz Slika 2.1.

Rjeenje: a. Struja odvoda je:

202 GSGSQDQ UUKI Iz gornjeg izraza moemo dobiti napon UGSQ koji je jednak:

61,15,01025,2

10915,225,02

3

3

0

KI

UU DQGSGSQ

Za n-kanalni MOSFET mora vrijediti V5,00 GSGSQ UU pa je VUGSQ 11,261,15,0 VU

RRRU DDGG 5,418103,3101,1

101,166

6

21

2

kRRRRRRRG 825103,3101,1

103,3101,166

66

21

2121

Jednadba ulaznog kruga uz struju IG=0 glasi: SDQGSQGG RIUU Iz gornjeg izraza moemo dobiti RS:

82010915,2

11,25,43

DQ

GSQGGS I

UUR

VRRIUU SDDQDDDSQ 78,9)8202000(10915,218 3 VUUVU GSGSQDSQ 61,15,011,278,9 0 MOSFET radi u podruju zasienja.

Da bi izraunali b. i c. dio zadatka trebamo izraunati dinamike parametre: mA/V 78,378,90045,015,011,21025,21 30 DSQGSGSQ

QGS

Dm UUUKu

ig

S 12,1310915,20045,02

1 320

DQGSGSQQDS

D

d

IUUKui

r ,

k 23,761012,131

6dr

b. Da bi odredili pojaanja prvo trebamo nacrtati model pojaala za mali signal, slika 2.2.

gmugs rdugs-

+G D

S

uiz-

+

ug

Rg

RGuul-

+

RD RT

Rul Riz

Slika 2.2.

Pojaanje ul

izV u

uA to znai da trebamo odrediti omjer napon uiz i uul

Izlazni napon jednak je: TDdgsmiz RRrugu Ulazni napon jednak je naponu ugs. gsul uu Pojaanje je jednako:

633,4103,31021023,761078,3 3333 TDdmgs

TDdgsm

ul

izV RRrgu

RRruguuA

U ulaznom krugu vidimo naponsko dijelilo za koje vrijedi:

gGg

Gul uRR

Ru Naponsko pojaanje AVg rauna se prema izrazu: 63,4

1082550010825633,4 3

3

Gg

GV

g

ul

ul

iz

g

izVg RR

RAuu

uu

uuA

c. Ulazni otpor jednak je:

kRR Gul 825

Na slici 2.3.prikazana je nadomjesna shema za odreivanje izlaznog otpora.

gmugs rdugs-

+G D

S

u

Rg

RG RD

Riz

i

Slika 2.3.

Izlazni otpor jednak je:

iuRiz

Iz slike se vidi da je napon ugs=0 zbog ega ne postoji strujni izvor gmugs. Konana nadomjesna shema prikazana je na slici 2.4.

rd uRD

Riz

i

Slika 2.4.

Iz slike moemo odrediti struju i koja je jednaka:

Dd Rr

ui Uvrtavanjem gornjeg izraza u jednadbu izlaznog otpora dobivamo:

19491021023,76 33DdDd

iz Rr

Rruu

iuR

ZADATAK 3. U pojaalu sa slike 3.1 zadano je: V 12DDU , 500gR , M 9,31R ,

,2M 12R , k 1DR , k 7,4TR i 560SR . Parametri n-kanalnog MOSFET-a su 2mA/V 2,2K , V 20 GSU i -1V 004,0 . Odrediti:

a. statiku radnu toku, b. naponsko pojaanje

ul

izV u

uA ,

c. ulazni otpor ulR i izlazni otpor izR pojaala.

R1

R2 RS

RD

Rg

CG

CDCS

RT uiz

-

+

uul-

+

ug

+UDD

Rul

Riz

Slika 3.1.

a. Kod prorauna statike radne toke svi kondenzatori imaju beskonano veliki otpor, slika 3.2a. Ulazna mrea, koja je prikazana na slici 3.2b nadomjeta se prema Thevenin-u, slika 3.2c. Na slici 3.2d prikazan je sklop koji e nam posluiti za proraun statike radne toke. Isto kao i za sklop iz zadatka 1.

R1 RD

+UDD

R2 RS

R1

+UDD

R2

RG

UGG

G GG

a) b) c)

RG

UGG

G

+UDD

RS

d)

IGID

Slika 3.2.

Napon UGG se dobije pomou izraza: VU

RRRU DDGG 82,212109,3102,1

102,166

6

21

2


kRRRRRRRG 65,917109,3102,1

109,3102,166

66

21

2121


S

GSQGGGSGSQDQ R

UUUUKI


212 2 002

S

GGGSGSQGS

SGSQ RK

UUUU

RKU

Uvrtavanjem numerikih vrijednosti dobivamo kvadratnu jednadbu: 0584,062,52 GSQGSQ UU Rjeavanjem kvadratne jednadbe dobivamo dva rjeenja: VUGSQ 1,01 VUGSQ 73,52 Za n-kanalni MOSFET mora vrijediti V 20 GSGSQ UU . Zbog doga drugo rjeenje nije dobra i vrijedi VUGSQ 1,0 . Struja odvoda jednaka je: mAUUKI GSGSQDQ 86,421,02102,22 2

32

0

Jednadba izlaznog kruga glasi: SDQDSQDDQDD RIURIU Iz gornje jednadbe dobivamo napon UDSQ koji je jednak: VRRIUU SDDQDDDSQ 42,4)5601000(1086,412 3

VUUVU GSGSQDSQ 1,211,042,4 0 MOSFET radi u podruju zasienja. Da bi izraunali b. i c. dio zadatka trebamo izraunati dinamike parametre:

mA/V 71,442,4004,0121,0102,21 30 DSQGSGSQQGS

Dm UUUKu

ig

S 44,191086,4004,02

1 320

DQGSGSQQDS

D

d

IUUKui

r ,

k 44,511044,191

6dr

b. Za izmjenini signal svi kondenzatori imaju jako mali otpor tj. predstavljaju kratki spoj. Kondenzator CG predstavlja kratki spoj pa je upravljaka elektroda MOSFET-a je spojen na masu. Naponski izvori UDD i UGG za izmjenini signal predstavljaju kratki spoj. Za crtanje dinamike sheme za mali signal krenuti emo od modela MOSFET-a za mali signal, slika 3.3.

ugs rd

G

S D

ugs

-

+

udg-

+

Slika 3.3.

Prema slici 3.1 izmeu uvoda i mase spojen je otpornik RS, slika 3.4.

RS

ugs rd

G

S D

ugs

-

+

udg-

+

Slika 3.4.

Kapacitet CS je kratki spoj pa je otpornik Rg spojen na uvod. Otpornik Rg je preko naponskog izvora ug vezan na masu, slika 3.5. Time smo nadomjestili ulazni krug.

RS

ugs rd

G

S D

ugs

-

+

udg-

+uul-

+ug

Rg

Slika 3.5.

Izmeu odvoda i mase nalazi se otpornik RD, slika 3.6.

RS

ugs rd

G

S D

ugs

-

+

uul-

+ug

Rg

RD

Slika 3.6.

Isto tako, izmeu odvoda i mase spojeno je troila zato to su kondenzator CD i naponski izvor UDD kratki spoj za izmjenini signal, slika 3.7.

RS

ugs rd

G

S D

ugs

-

+

uul-

+ug

Rg

RD RT

RizRul

uiz-

+

1id

iuliRS

Slika 3.7.

Iz slike 3.7. moemo pisati da je: gsul uu Jednadba petlje 1 glasi: 0 TDdddgsgs RRiriuu

TDddgs RRriu 1 TDddul RRriu 1

TDd

uld RRr

ui 1

Izlazni napon jednak je:

TDd

ulTDTD

TDd

ulTDdiz RRr

uRRRR

RRru

RRiu

11 Iz gornjeg izraza dobivamo pojaanje:

TDd

TD

ul

izV RRr

RRuu

A 1

Koritenjem Barkhausenove jednadbe dm rg ( dm rg 11 ) pojaanje moemo pisati u obliku:

82,3470010001044,511071,4 33 TDdm

TDd

TDdm

ul

izV RRrgRRr

RRrguu

A

c. Ulazni otpor pojaala moe odrediti iz izraza:

ul

ulul i

uR

Jednadba struja u voru S jednaka je: dRSulRSdul iiiiii Struju id smo ranije izrazili; preostaje nam jo da izrazimo struju iRS koja je jednaka:

S

ulRS R

ui

Ulazna struja je jednaka:

ulTDdSTDd

ul

S

ulul uRRrRRRr

uRui

111

Ulazni otpor jednak je:

8,1551071,41044,51470010001044,51

56011

133

3

md

TDdS

TDdS

ul

ulul gr

RRrR

RRrRiuR

Kod raunanja izlaznog otpora sve nezavisne izvore treba ugasiti tj. naponski izvori se kratko spajaju, a strujni su odspojeni. Zavisni izvori e postojati ako postoji napon ili struja od koje zavise. Troilo je zamijenjeno naponskim izvorom u koji daje struju i. Izlazni otpor jednak je:

iuRiz

Za odreivanje izlaznog otpora nadomjesna shema prikazana je na slici 3.8.

RS

ugs rd

G

S DRg

RD

Riz

u

i

ugs

-

+

ug

Slika 3.8.

ta je s izvorom gsu ? Prvi korak je da taj izvor, poto je naponski kratko spojimo i pogledamo da li postoji napon ugs, slika 3.9.

RS

ugs rd

G

S DRg

RD

Riz

u

i

ugs

-

+

ug

Slika 3.9.

Sa slike se vidi dio struje i stvara pad napona na paraleli otpornika Rg i RS to znai da naponski izvor gsu postoji. Na slici 3.10. prikazana je nadomjesna shema koja e nam posluiti za raunanje izlaznog otpora.

RS

ugs rd

G

S DRg

RD

Riz

u

i

ugs

-

+

id1

iRDug

Slika 3.10.

Jednadba struja u voru D jednaka je: RDd iii 1

DRD R

ui Jednadba petlje 2 dana je izrazom: gSdgsdd RRiuriu 11 Napon ugs jednak je: gSdgs RRiu 1 Iz gornje dvije jednadbe dobivamo struju id1:

gSdd RRrui 11

Struja i jednaka je:

gSdDgSdD RRrRu

RRru

Rui 1

111


4,9915005601071,41044,511044,5110001

111

1

111

333gSdD

gSdDgSdD

iz

RRrR

RRrRRRrRu

uiuR

ZADATAK 4. U pojaalu sa slike 4.1 zadano je: V15DDU , 500gR , M 21R ,

M 12R , k 9,3TR i k 2SR . Parametri p-kanalnog MOSFET-a su 2mA/V 2K , V 10 GSU i -1V 0055,0 . Odrediti:

a. statiku radnu toku, b. naponsko pojaanje

ul

izV u

uA ,


R1

R2 RS

Rg CG CS

RT uiz

-

+uul

-

+

ug

+UDD

Rul Riz Slika 4.1.

Rjeenje: a. Kod prorauna statike radne toke svi kondenzatori imaju beskonano veliki otpor, slika 4.2a. Ulazna mrea, koja je prikazana na slici 4.2b nadomjeta se prema Thevenin-u, slika 4.2c. Na slici 4.2d prikazan je sklop koji e nam posluiti za proraun statike radne toke.

R1

+UDD

R2 RS

R1

+UDD

R2

RG

UGG

G GG

a) b) c)

RG

UGG

G

+UDD

RS

d)

IGID

Slika 4.2

Napon UGG se dobije pomou izraza: VU

RRRU DDGG 515102101

10166

6

21

2


kRRRRRRRG 667102101

10210166

66

21

2121


S

GSQGGGSGSQDQ R

UUUUKI


212 2 002

S

GGGSGSQGS

SGSQ RK

UUUU

RKU

Uvrtavanjem numerikih vrijednosti dobivamo kvadratnu jednadbu: 05,15,22 GSQGSQ UU Rjeavanjem kvadratne jednadbe dobivamo dva rjeenja: VUGSQ 5,01 VUGSQ 32 Za p-kanalni MOSFET mora vrijediti V 10 GSGSQ UU . Zbog doga drugo rjeenje nije dobra ve vrijedi VUGSQ 5,0 . Struja odvoda jednaka je: mAUUKI GSGSQDQ 25,215,021022 2

32

0

Jednadba izlaznog kruga glasi: SDQDSQDD RIUU Iz gornje jednadbe dobivamo napon UDSQ koji je jednak: VRIUU SDQDDDSQ 05,101021025,215

33 VUUVU GSGSQDSQ 5,115,005,10 0 MOSFET radi u podruju zasienja.

Da bi izraunali b. i c. dio zadatka trebamo izraunati dinamike parametre:

mA/V 17,305,100055,011335,01021 30 DSQGSGSQQGS

Dm UUUKu

ig

S 375,121025,20055,02

1 320

DQGSGSQQDS

D

d

IUUKui

r ,

k 8,8010375,121

6dr

b. Za izmjenini signal svi kondenzatori imaju jako mali otpor tj. predstavljaju kratki. Naponski izvori UDD i UGG za izmjenini signal predstavljaju kratki spoj zbog toga je odvod spojen na masu. Za crtanje dinamike sheme za mali signal krenuti emo od modela MOSFET-a za mali signal, slika 4.3.

gmugs rd

ugs -+G

D

S

Slika 4.3.

Izmeu upravljake elektrode i mase spojen je otpornik RG jer je naponski izvor UGG predstavlja kratki spoj za izmjenini signal, slika 4.4.

gmugs rd

ugs -+G

D

S

RG

Slika 4.4.

Na upravljaku elektrodu jo je spojen i otpornik Rg jer je kondenzator CG kratki spoj za izmjenini signal. Otpornik Rg je preko naponskog izvora ug vezan na masu, slika 4.5. Time smo nadomjestili ulazni krug.

gmugs rd

ugs -+G

D

S

RGug

Rg

uul-

+

Slika 4.5.

Izmeu uvoda i mase nalazi se otpornik RS, slika 4.6.

gmugs rd

ugs -+G

D

S

RGug

Rg

uul-

+RS

Slika 4.6.

Isto tako, izmeu uvoda i mase spojeno je troila zato to je kondenzator CS kratko spojen, slika 4.7.

gmugs rd

ugs -+G

D

S

RGug

Rg

uul-

+

Rul

RS RT uiz

-

+

Riz

iul

Slika 4.7

Pojaanje ul

izV u

uA to znai da trebamo nai omjer izmeu napon uiz i uul

Izlazni napon jednak je: TSdgsmiz RRrugu Ulazni napon jednak je naponu ugs. TSdmgsTSdgsmgsizgsul RRrguRRruguuuu 1 Pojaanje je jednako:

805,0109,3102108,801017,31109,3102108,801017,3

11 3333

3333

TSdm

TSdm

TSdmgs

TSdgsm

ul

izV RRrg

RRrg

RRrgu

RRruguuA

c. Ulazni otpor pojaala moe se odrediti iz izraza:

kRiu

R Gul

ulul 667


iuRiz


gmugs rd

ugs -+G

D

S

RG u

Rg

RS

Riz

ug

i

Slika 4.9.

ta je s izvorom gsm ug ? Prvi korak je da taj izvor, poto je strujni odspojimo i pogledamo da li postoji napon ugs. U krugu upravljake elektrode nalaze se samo dva otpornika bez izvora zbog toga je upravljaka elektroda spojena na masu, to je prikazano na slici 4.9.

gmugs rdugs

-

+G D

S

uRS

Riz

i

Slika 4.9.

Sa slike se vidi da postoji napon ugs i da on je jednak naponu -u. Na slici 4.10. prikazana je nadomjesna shema koja e nam posluiti za raunanje izlaznog otpora.

gmugs rdugs

-

+G D

S

uRS

Riz

i

ird iRS

Slika 4.10.

Suma struja u voru S jednaka je: ugiiugiiiiiugi mRSrdgsmRSrdRSrdgsm

drd r

ui

S

RS Rui

ugRr

ugRu

rui m

Sdm

Sd

11


3,2711017,3

1021

108,801

11111

333

mSd

mSd

iz gRr

gRr

iuR

Zadatak 5. Za pojaalu sa slike 5.1 zadano je: V 18DDU , 500gR , M 6,51R , M 2,22R , k 9,3DR i k 6,5TR . Parametri p-kanalnog MOSFET-a su

2mA/V 2K , V 5,20 GSU i -1V 0054,0 . Na slici 5.2 prokazane su izlazne karakteristike MOSFET-a s ucrtanim statikim radnim pravcem i statikom radnom tokom. Odrediti:

a. vrijednost otpornika RS,

b. naponsko pojaanje ul

izV u

uA ,


R1

R2 RS

RD

Rg CG

CD

RT uiz

-

+

uul

-

+

ug

+UDD

Rul Riz Slika 5.1.

Q

-1-2

-3-4-5-6-7

iD,mA

IDQ

UDSQ-5 -10 -15 UDD uDS,V

uGS=-3VuGS=-3,5V

uGS=-4,008V=UGSQ

uGS=-4,5V

uGS=-5V

Slika 5.2.

Rjeenje: a. Iz slike 5.2 moemo odrediti napon VUGSQ 008,4 .

Struja odvoda je:

mAUUKI GSGSQDQ 274,25,2008,421022 23

20

VURR

RU DDGG 08,518106,5102,2102,2

66

6

21

2

MRRRRRRRG 58,1106,5102,2

106,5102,266

66

21

2121

Jednadba ulaznog kruga uz struju IG=0 glasi: SDQGSQGG RIUU Iz gornjeg izraza moemo dobiti RS:

47010274,2

008,408,53

DQ

GSQGGS I

UUR

VRRIUU SDDQDDDSQ 06,8)4703900(10274,218 3 VUUVU GSGSQDSQ 508,15,2008,406,8 0 MOSFET radi u podruju zasienja.

Da bi izraunali b. i c. dio zadatka trebamo izraunati dinamike parametre:

mA/V 15,306,80054,015,2008,41021

3

0

DSQGSGSQQGS

Dm UUUKu

ig

S 28,1210274,20054,02

1 320

DQGSGSQQDS

D

d

IUUKui

r ,

k 43,811028,121

6dr

3,2561043,811015,3 33 dm rg b. Za izmjenini signal svi kondenzatori imaju jako mali otpor tj. predstavljaju kratki spoj.

Naponski izvori UDD i UGG za izmjenini signal predstavljaju kratki spoj. Za crtanje dinamike sheme za mali signal krenuti emo od modela MOSFET-a za mali signal, slika 5.3. Ovo je pojaalo u spoju zajednikog uvoda premda uvod nije spojen na masu ve je spojen na otpornik RS koji je spojen na masu, slika 5.4.

ugs rdG S Dugs -+

udg-

+

Slika 5.3.

ugs rdG S Dugs -+

udg-

+RS

Slika 5.4.

Pri crtanju nadomjesnog sklopa pojaala sa slike 5.1 prvo emo nadomjestiti ulazni krug. Izmeu upravljake elektrode i mase spojen je otpornik RG, jer je naponski izvor UGG za izmjenini signal kratki spoj, slika 5.5.

ugs rdG S Dugs -+udg-

+RSRG

Slika 5.5.

Na upravljaku elektrodu spojen je otpornik Rg , jer je kapacitet CG kratki spoj. U seriju s njim spojen je naponski izvor ug, slika 5.6.


+RSRGuul

-

+ug

Rg

Rul

iul

Slika 5.6.

Sad emo nadomjestiti izlazni krug. Izmeu odvoda i mase spojen je otpornik RD, jer je naponski izvor UDD za izmjenini signal kratki spoj, slika 5.7.


+RSRGuul

-

+ug

Rg

Rul

iul

Slika 5.7.

Otpornik RT spojen je na masu, jer je kondenzator CD kratki spoj, slika 5.8.

ugs rdG S Dugs -+uiz

-

+

RSRGuul-

+ug

Rg

Rul

iul

RD RT

Riz

iduRS

-

+

Slika 5.8.

Naponski izvor gsu daje struju id koja se moe dobiti prema izrazu:

TDdS

gsd RRrR

ui

Struja id stvara pad napona na otporniku RS koji je jednak: dSRS iRu Napon ugs jednak je:

TDdS

gsSuldSulRSulgs RRrR

uRuiRuuuu

Iz gornjeg izraza dobivamo ulazni napon:

gsTDdS

TDdS

TDdS

gsSgsTDdS

TDdS

gsSgsul uRRrR

RRrRRRrR

uRuRRrRRRrR

uRuu

1

Izlazni napon je jednak:

TDdS

gsTDTDdiz RRrR

uRRRRiu

Naponsko pojaanje AV jednako je:

88,2560039001043,813,2561470560039003,256

11

3

TDdS

TD

gsTDdS

TDdS

TDdS

gsTD

ul

izV RRrR

RR

uRRrR

RRrRRRrR

uRR

uuA

c. Ulazni otpor pojaala moe odrediti iz izraza:

MRiu

R Gul

ulul 58,1


iuRiz


ugs rdG S Dugs -+RSRGug

Rg

RD

Riz

id u

i

Slika 5.9.

ta je s izvorom gsu ? Prvi korak je da taj izvor, poto je naponski, kratko spojimo i pogledamo da li postoji napon ugs. U krugu upravljake elektrode nalaze se samo dva otpornika bez izvora zbog toga je upravljaka elektroda spojena na masu, to je prikazano na slici 5.10.

ugs rd

G

S D

ugs

-

+

RS RD

Riz

id u

i

Slika 5.10.

Sa slike se vidi dio struje i stvara pad napona na otporniku RS to znai da naponski izvor

gsu postoji. Na slici 5.11. prikazana je nadomjesna shema koja e nam posluiti za raunanje izlaznog otpora.

ugs rd

G

S D

ugs

-

+

RS RD

Riz

id u

i

iRD

Slika 5.11.

Suma struja u voru D jednaka je: RDd iii

Sd

gsd Rr

uui

Sdgs Riu Iz gornje dvije jednadbe dobiva je struja id:

Sdd Rrui 1

D

RD Rui

uRRrRu

Rrui

DSdDSd

11

11


k

RrR

RRruRRr

uiuR SdD

DSdDSd

iz

83,34703,25611043,813900

111

11

11

1

3

ZADATAK 6. Parametri tranzistora u CMOS invertoru su debljina oksida iznad kanala za oba tranzistora nm 10oxt , pokretljivosti nosilaca u kanalu Vs/cm 300 2n ,

Vs/cm 75 2p i naponi pragova V 75,000 pGSnGS UU . Napon napajanja V 5,2DDU . Duine kanala oba tranzistora su jednake, pn LL . Odrediti:

a. prag okidanja UP, ako je omjer irina kanala np WW / tranzistora pT i nT jednak 1/ np WW i 16/ np WW ,

b. omjer irina kanala np WW / tranzistora pT i nT uz koji e napon praga okidanja biti jednak polovici napona napajanja V 25,1

2 DDP UU .

Rjeenje: a. Napon praga okidanja jednak je:

rUUUr

U nGSpGSDDPO

100

np KKr / Da bi odredili prag okidanja trebamo odrediti omjere strujnih koeficijenata MOSFET-ova,

np KK / . Strujni koeficijent MOSFET-a jednak je:

LWCK ox ,

gdje je oxC je gustoa kapaciteta oksida

ox

oxox t

C ,

gdje je ox dielektrika konstanta oksida i oxt je debljina oksida iznad kanala.

Omjere strujnih koeficijenata MOSFET-ova np KK / jednak je:

n

p

n

p

nn

pp

n

n

ox

oxn

p

p

ox

oxp

n

noxnn

p

poxpp

n

p

WW

WW

LW

t

LW

t

LWC

LW

C

KK

1/ np WW

411

30075

n

p

n

p

n

p

WW

KK

5,041

n

p

KK

r

V

rUUUr

U nGSpGSDDPO 083,15,0175,075,05,25,0

100

16/ np WW 416

30075

n

p

n

p

n

p

WW

KK

24 n

p

KK

r

V

rUUUr

U nGSpGSDDPO 417,12175,075,05,22

100

b. Ako prag okidanja treba biti jednak polovici napona napajanja iz izraza

rUUUr

U nGSpGSDDPO

100 slijedi da je 1r .

Provjera 2211

1 0000 DDnGSnGSDDnGSnGSDDPO

UUUUUUUU .

475

30011 p

n

n

p

n

p

n

p

n

p

n

p

WW

WW

KK

KK

r

ZADATAK 7. Parametri tranzistora u CMOS invertoru su debljina oksida iznad kanala za oba tranzistora nm 10oxt , pokretljivosti nosilaca u kanalu Vs/cm 300 2n ,

Vs/cm 75 2p i naponi pragova V 75,000 pGSnGS UU . Duine kanala oba tranzistora su jednake, mLL pn 25,0 . Napon napajanja V 5,2DDU . Kapacitet TC je fF8 , a dimenzije kanala tranzistora nT i pT su m 50,02 nn LW i m 50,02 pp LW odnosno

m 50,02 nn LW i m 416 pp LW . Odrediti: a. vrijeme kanjenja dVNt i dNVt , b. irinu kanala pW tranzistora pT da bi vrijeme kanjenja dNVt bilo jednako vremenu

kanjenja dVNt . Rjeenje:

a. vrijeme kanjenja dVNt jednako je:

20nGSDDnDDT

dVN UUKUCt

n

noxnn L

WCK 2

6

140 nF/cm 31,345

1010854,89,3

ox

ox

ox

oxox tt

C 29 /2,207

25,05,01031,345300 VA

LWCK

n

noxnn

pstdVN 5,3175,05,2102,2075,2108

26

15

vrijeme kanjenja dNVt jednako je:

20 pGSDDp DDTdNV UUKUCt

p

poxpp L

WCK

26

140 nF/cm 31,345

1010854,89,3

ox

ox

ox

oxox tt

C m 50,02 pp LW

29 /8,5125,05,01031,34575 VA

LW

CKp

poxpp

pstdNV 1,12675,05,2108,515,2108

26

15

m 416 pp LW 29 /4,414

25,041031,34575 VA

LW

CKp

poxpp

pstdNV 76,1575,05,2104,4145,2108

26

15

b. ako vrijeme kanjenja dNVt mora biti jednako vremenu kanjenja dVNt tada moemo pisati:

pnpGSnGSpGSDDp DDTnGSDDn DDTdNVdVN KKUUUUKUC

UUKUCtt

,, 002

02

0

p

n

n

p

p

poxp

n

noxnpn W

WLW

CLWCKK

mWWp

nnp

275

3005,0

ZADACI ZA VJEBU

VJ.1. U pojaalu sa slike 1 zadano je: V 15DDU , 500gR , M 7,21R , M 12R , k 3,3DR , k 6,5TR i 680SR . Parametri n-kanalnog MOSFET-a su

2mA/V 11,2K , V 20 GSU i -1V 004,0 . Odrediti naponska pojaanja ul

izV u

uA i

g

izVg u


R1

R2 RS

RD

Rg CG

CD

CS

RT uiz

-

+

uul

-

+

ug

+UDD

Rul Riz Slika 1.

Rjeenje: AV=-5,1; AVg=-5,09; Rul=730 k; Riz=3,24 k.

VJ.2. Za pojaalu sa slike 1 zadano je: V 12DDU , 500gR , M 3,31R , ,2M 12R , k 7,4DR i k 8,6TR . Parametri n-kanalnog MOSFET-a su

2mA/V 6,2K , V 5,10 GSU i -1V 0042,0 . Odrediti vrijednost otpornika RS tako da tee struja AIDQ m 405,1 . Izraunati naponska pojaanja

ul

izV u

uA i

g

izVg u

uA , te ulazni otpor

ulR i izlazni otpor izR pojaala. Rjeenje: RS=470 , AV=-7,54; AVg=-7,53; Rul=880 k; Riz=4,57 k. VJ.3. U pojaalu sa slike 2 zadano je: V 18DDU , 500gR , M 2,81R , M 22R ,

k 7,2DR , k 3,3TR i 390SR . Parametri n-kanalnog MOSFET-a su 2mA/V 2K , V 5,00 GSU i -1V 0038,0 . Odrediti naponska pojaanja

ul

izV u

uA i

g

izVg u


R1

R2 RS

RD

Rg CG

CD

RT uiz

-

+

uul

-

+

ug

+UDD

Rul Riz Slika 2.

Rjeenje: AV=-2,2239; AVg=-2,2232; Rul=1,61 M; Riz=2,66 k. VJ.4. U pojaalu sa slike 3 zadano je: V 15DDU , 500gR , M 21R , kR 8202 ,

k 7,2DR , k 8,6TR i 820SR . Parametri n-kanalnog MOSFET-a su 2mA/V 2,2K , V 10 GSU i -1V 0041,0 . Odrediti naponsko pojaanje

ul

izV u

uA , ulazni

otpor ulR i izlazni otpor izR pojaala.

R1

R2 RS

RD

Rg

CG

CDCS

RT uiz

-

+

uul-

+

ug

+UDD

Rul

Riz

Slika 3.

Rjeenje: AV=6,24; Rul=225 ; Riz=2,67 k. VJ.5. U pojaalu sa slike 4 zadano je: V 20DDU , 500gR , M 7,21R , MR 7,22 ,

k 9,3TR i k 6,5SR . Parametri n-kanalnog MOSFET-a su 2mA/V 3K , V 5,00 GSU i -1V0045,0 . Odrediti naponsko pojaanje

ul

izV u

uA , ulazni otpor ulR i izlazni otpor izR

pojaala.

R1

R2 RS

Rg CG CS

RT uiz

-

+uul

-

+

ug

+UDD

Rul Riz Slika 4.

Rjeenje: AV=0,878; Rul=1,35 M; Riz=298 . VJ.6. Parametri tranzistora u CMOS invertoru su debljina oksida iznad kanala za oba tranzistora nm 9oxt , pokretljivosti nosilaca u kanalu Vs/cm 275 2n , Vs/cm 75 2p i naponi pragova V 6,000 pGSnGS UU . Napon napajanja V 5,2DDU . Duine kanala oba tranzistora su jednake, pn LL . Odrediti prag okidanja UP, ako je omjer irina kanala np WW / tranzistora pT i nT jednak 3/ np WW . Rjeenje: UP=1,22 V. VJ.7. Parametri tranzistora u CMOS invertoru su debljina oksida iznad kanala za oba tranzistora nm 9oxt , pokretljivosti nosilaca u kanalu Vs/cm 280 2n , Vs/cm 70 2p i naponi pragova V 65,000 pGSnGS UU . Napon napajanja V 5,2DDU . Duine kanala oba tranzistora su jednake, pn LL . Odrediti prag okidanja UP, ako je omjer irina kanala np WW / tranzistora pT i nT jednak 2/ np WW . Rjeenje: UP=1,15 V. VJ.8. Parametri tranzistora u CMOS invertoru su debljina oksida iznad kanala za oba tranzistora nm 9oxt , pokretljivosti nosilaca u kanalu Vs/cm 280 2n , Vs/cm 70 2p i naponi pragova V 65,000 pGSnGS UU . Napon napajanja V 5,2DDU . Duine kanala oba tranzistora su jednake, pn LL . Odrediti omjer irina kanala np WW / tranzistora pT i nT uz koji e napon praga okidanja biti jednak polovici napona napajanja V 25,1

2 DDP UU .

Rjeenje: 4/ np WW .

VJ.9. Parametri tranzistora u CMOS invertoru su debljina oksida iznad kanala za oba tranzistora nm 9oxt , pokretljivosti nosilaca u kanalu Vs/cm 280 2n , Vs/cm 70 2p i naponi pragova V 65,000 pGSnGS UU . Duine kanala oba tranzistora su jednake,

mLL pn 25,0 . Napon napajanja V 5,2DDU . Kapacitet TC je fF5,7 , a dimenzije kanala tranzistora nT i pT su m 14 nn LW i m 28 pp LW . Odrediti vrijeme kanjenja dVNt i dNVt .

Rjeenje: pstdVN 75,12 ; pstdNV 5,25 VJ.10. Parametri tranzistora u CMOS invertoru su debljina oksida iznad kanala za oba tranzistora nm 7oxt , pokretljivosti nosilaca u kanalu Vs/cm 260 2n , Vs/cm 80 2p i naponi pragova V 7,000 pGSnGS UU . Duine kanala oba tranzistora su jednake,

mLL pn 25,0 . Napon napajanja V 5,2DDU . Kapacitet TC je fF10 , a dimenzije kanala tranzistora nT i pT su m 75,03 nn LW i m 25,29 pp LW . Odrediti vrijeme kanjenja dVNt i dNVt .


mLL pn 25,0 . Napon napajanja V 5,2DDU . Kapacitet TC je fF8 , a dimenzije kanala tranzistora nT i pT su m 75,03 nn LW i m 25,29 pp LW . Odrediti vrijeme kanjenja dVNt i dNVt .


mLL pn 25,0 . Napon napajanja V 5,2DDU . Kapacitet TC je fF10 , a irina kanala tranzistora nT je m 75,03 nn LW . Odrediti irinu kanala pW tranzistora pT da bi vrijeme kanjenja dNVt bilo jednako vremenu kanjenja dVNt . Rjeenje: m 25,23 np WW

Documents

Zadaci MOSFET Sklopovi