Circuite integrate analogice

Structura cursului 1. Modelarea dispozitivelor bipolare si MOS 2. Aplicatii ale amplificatoarelor operationale 3. Surse de curent si surse de tensiune 4. Amplificatoare elementare 5. Etaje de iesire 6. Amplificatoare operationale. Structuri interne 7. Raspunsul in frecventa al circuitelor. Stabilitatea circuitelor cu reactie 8. Structuri analogice liniare 9. Structuri neliniare de calcul analogic

Capitolul 1 Modelarea dispozitivelor

CMOS si bipolare

1.1. Relatii fundamentale ale tranzistorului MOS

Simboluri: Notatii: G = grila (poarta) D = drena S = sursa B = substrat (bulk) W/L = factor de aspect K’ = parametru transconductanta VT = tensiune de prag VGS = tensiune grila-sursa VDS = tensiune drena-sursa

1.1.1. Modelul de semnal mare

NMOS PMOS

S

G

D

D

G

S

B B

I. Regiunea de inversie puternica a. Saturatie b. Regiunea liniara

TGS VV >

TGSDSsatDS VVVV −=≥

( )2TGSD VV2KI −=

( ) DSDS

TGSD V2VVVKI ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −−=

DSsatDS VV <

LWC

LWKK oxnµ== '

II. Regiunea de inversie slaba

TGS VV <

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

th

TGS0DD nV

VVLWII exp

Caracteristicile de iesire ale tranzistorului MOS

Efectele de ordin secundar: a. Modularea lungimii canalului

b. Degradarea mobilitatii

c. Efectul de substrat

( ) ( )DS2

TGSD V1VV2KI λ+−=

))](([ DSDTGSG

0V1VV1

KKθθ +−+

=

( )ΦΦγ −−+= BS0TT VVV

Modularea lungimii canalului

I

GS

Dm V

Ig∂∂

=

DS

Ddsds

VI1

g1r

∂∂

==

vgs S

D

G gmvgs

rds

gmbsvbs B

S

vbs vds

( )TGSGS

Dm VVK

VIg −≅

∂∂

=

( )KI2VVVV

2KI D

TGS2

TGSD =−⇒−=

Dm KI2g =⇒

( ) D2TGS

DS

Dds I

1

VV2K

1

VI1r

λλ≅

−=

∂∂

=

1.1.2. Modelul de semnal mic al tranzistorului MOS

Exemplu

Ωλ

λ

M1I1r

VmA1KI2g

VA105KV10mA1I

Dds

Dm

2413D

==

==⇒

×=== −−−

/

/,,

Modelul de inalta frecventa

1.2. Relatii fundamentale ale tranzistorului bipolar

Domenii de functionare: •  Regiunea de blocare (1) •  Regiunea activa normala (2) •  Regiunea de saturatie (3)

1.2.1. Functionarea la semnal mare Regim activ normal:

th

BE

th

BEVv

SVv

Sc eI1eIi ≅⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛−=

Efectul Early:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

A

CEVv

Sc Vv1eIi th

BE

vCE

iC

vBE = ct.

-VA

1.2.2. Modelul de semnal mic (regim activ normal)

Conductanta de transfer:

BE

Cm V

Ig∂

∂=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛≅

th

BESC V

VII expC

th

C

thth

BESm I40

VI

V1

VVIg ≅=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⇒ exp

E

C gmvbe

ro rπ Cπ vbe

B Cµ

rµ

Rezistenta de iesire:

CE

Coo

VI1

g1r

∂

∂==

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

A

CE

th

BESC V

V1VVII exp

C

A

Ath

BES

o IV

V1

VVI

1r ≅

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⇒

exp

Rezistenta rπ:

mgr βπ =

Rezistenta rµ:

orKr βµ =

PNP.pt52KNPN.pt10K

−=

≥

Circuit echivalent cu rezistente serie

E

C

gmvbe ro

rπ Cπ vbe

B Cµ

rµ

re

CCS

rb rc

1.3. Rezistente dinamice

R1 R2

Q rds

vGS gmvGS

RO

R2

R1

iX

vX

G

S

D

∞=OR

Rezistenta in poarta

Rezistenta in sursa

R1 R2

Q

rds

vGS gmvGS

RO

R2 R1

iX

vX

G

S

D

⇒=−≅ xmgsmx vgvgimx

xO g

1ivR ==

Rezistenta in drena

R1 R2

Q

rds

vGS gmvGS

RO

R2

R1

iX

vX

G D

S

( ) 2xdsgsmxx Rirvgiv +−=

2xgs Riv −=( ) ( )2mds22mds

x

xO Rg1rRRg1r

ivR +≅++==⇒

Rezistenta in baza

R1 R2

Q ro rπ

vBE gmvBE

RO

R2

R1

iX

vX

B

E

C

( ) 1xxx Ri1riv ++= βπ

( ) 1x

xO R1r

ivR ++== βπ

R1 R2

Q

ro rπ

vBE gmvBE

RO

R2 R1

iX

vX

B

E

C

1rRR 1

O ++

=β

π

Rezistenta in emitor

Rezistenta in colector

R1 R2

Q

ro rπ

vBE gmvBE

RO

R2

R1

iX

vX

B C

E

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+++=

21

2oO RRr

R1rRπ

β