surse electronice de curent

CIA Laborator 2 Surse electronice de curent

1

1. Surs de curent simpl cu un tranzistor Schema de test (srs-simpla-MOS.asc):

Exerciii propuse:

1. Proiectai sursa pentru un curent de 40A la ieire i Vomin de 250mV. Proiectarea nseamn determinarea tensiunilor de comand i punctul static de funcionare pentru tranzistor.

Indicaii:

a. estimai Vomin n funcie de parametrii tranzistorului (de Vod); b. din tensiunile VTh i Vod calculai VGS; c. avnd Vod i curentul, calculai raportul W/L cu ajutorul PSF de referin de la Lab1.

2. Verificai PSF i ajustai circuitul s corespund specificaiilor de proiectare. Completai ur-mtorul tabel:

VGS VDS VTh VDsat ID gm rDS Mn

3. Determinai rezistena de ieire a sursei. 4. Simulai caracteristica de ieire a sursei, msurai rezistena de ieire n jurul PSF i determi-

nai valoarea aproximativ a Vomin. 5. Repetai exerciiile 1-4 pentru varianta PMOS a sursei.

2. Surs de curent cu un tranzistor MOS i degenerare rezistiv Schema de test (srs-degR-MOS.asc):


2

Exerciii propuse:

6. Proiectai sursa pentru un curent de 40A la ieire i Vomin de 350mV. Cum influeneaz va-loarea rezistenei punctul static de funcionare al tranzistorului?

Indicaii:

a. din Vomin calculai VDSmin i cderea de tensiune pe rezisten; b. tiind tensiunile de mai sus i VTh calculai tensiunea n grila tranzistorului; c. avnd Vod i curentul, calculai raportul W/L cu ajutorul PSF de referin de la Lab1.


VGS VDS VTh VR VDsat ID gm rDS Mn

8. Determinai rezistena de ieire a sursei. 9. Simulai caracteristica de ieire a sursei, msurai rezistena n jurul PSF i determinai

valoarea aproximativ a Vomin. 10. Repetai punctele 6-9 pentru varianta PMOS.

3. Surs de curent cascod Schema de test (srs-cascoda-MOS.asc):

Exerciii propuse:

11. Proiectai sursa pentru un curent de 40A la ieire i Vomin de 500mV. Cum se regleaz cde-rea de tensiune ntre terminalele dren i surs ale tranzistorului Mn1?

Proiectarea unei surse nseamn determinarea geometriilor pentru toate tranzistoarele din circuit i a tensiunilor de polarizare Vgn1 i Vgn2, astfel nct parametrii s corespund cu cele din specifi-caii.

n primul pas se mparte tensiunea de ieire minim, Vomin, pe cele dou tranzistoare. Logic ar fi s mprim Vomin egal astfel nct VDS-n1=VDS-n2=250mV. n realitate tensiunea VDS-n1 se alege mai mare dect VDS-n2 deoarece curentul de ieire este dat de tranzistorul Mn1 i dorim ca acest tranzistor s fie meninut ct mai mult timp n saturaie, n cazul n care tensiunea de ieire scade sub valoarea minim. Deci, alegem VDS-n1=300mV i VDS-n2=200mV.

n pasul al doilea se alege o valoare uzual pentru tensiunea Vod-n1,2, de exemplu 200mV.


3

n pasul al treilea se utilizeaz tabelul cu parametrii punctului static de funcionare de referin pentru a determina geometria tranzistoarelor. Pentru ID-n1,2=40A i Vod-n1,2=200mV se scrie

2 21,2

1,2 1,2

5 40 240 5.761 50 200 1

od refD n

n ref D ref od n

VIW WL L I V

Corespunztor acestor geometrii rezult parametrii arie i perimetru ale difuziilor dren i surs

25.76 0.2 1.152 5.76 0.2 11.9

AS AD m m mPS PD m m m

n final se determin tensiunile de polarizare Vgn1 i Vgn2. Tensiunea de prag a tranzistorului cas-cod, VTh-n2, se alege mai mare dect valoarea din tabelul cu parametrii punctului static de funcio-nare de referin datorit tensiunii surs-substrat, VSB, diferit de zero.

1 1 1 1 200 450 650gn GS n od n Th nV V V V mV mV mV

2 2 1 2 2 2 1 200 450 100 300 1050gn GS n DS n od n Th n Th n DS nV V V V V V V mV mV mV mV mV

12. Verificai PSF i ajustai circuitul s corespund specificaiilor de proiectare. Completai ta-belul cu parametrii determinai din analiz.

Pentru verificarea punctelor statice de funcionare se ruleaz o analiz de tipul .OP. Citind po-tenialele nodurilor i curenii de dren se observ c tensiunea Vod-n1 este de 192mV iar curentul de dren este de 34.3A. Tensiunea se ajusteaz primul prin modificarea lui Vgn1 dup care se ajustea-z curentul din geometria tranzistorului. Dup ce am obinut valorile dorite pentru Vod-n1 i ID-n1,2 se ajusteaz VDS-n1 din tensiunea Vgn2. Ajustarea iterativ conduce la valorile Vgn1=660mV, Vgn2= 1025mV, (W/L)n1,2=6.22m/1m.

VGS VDS VTh VDsat ID gm rDS Mn1 660mV 301mV 446mV 199mV 40A 309S 136k Mn2 724mV 2.7V 531mV 188mV 40A 325S 327k

13. Determinai rezistena de ieire a sursei.

Rezistena de ieire a sursei se determin conform ecuaiei aproximative

2 2 1 325 326.8 135.6 14.4out m n DS n DS nR g r r S k k M

14. Simulai caracteristica de ieire a sursei, msurai rezistena n jurul PSF i determinai va-loarea aproximativ a Vomin.

Pentru ridicarea caracteristicii de ieire a sursei se ruleaz o analiz .DC, n care tensiunea furni-zat de sursa Voutn se variaz liniar ntre 0V i 3V cu pasul de 1mV. Comanda Spice corespunztoa-re va fi .dc Voutn 0 3 1m. Dup rularea analizei se afieaz curentul de ieire Id(Mn2).

Rezistena de ieire se msoar poziionnd cursoarele n dou puncte distincte n jurul punctului static de funcionare i citind rubrica Slope. Valoarea rezistenei de ieire va fi egal cu 1/Slope, Rout=18.9M.

Tensiunea de ieire minim se msoar poziionnd cursorul n punctul n care tranzistorul Mn1 trece din regim de funcionare saturat n regim de funcionare liniar. Citind parametrii din fereastra


4

de msurare rezult valoarea aproximativ Vomin=399mV.

15. Repetai punctele 11-14 pentru varianta PMOS.

4. Surs de curent cascod cu rezisten de ieire mrit Schema de test (srs-casenhanced-MOS.asc):

Exerciii propuse:

16. Proiectai sursa pentru un curent de 40A la ieire i Vomin de 550mV. Cum se regleaz cde-rea te tensiune ntre terminalele dren i surs ale tranzistorului Mn1? Care tranzistor stabi-lete curentul prin circuit?

Indicaii:

a. mprii Vomin pentru a obine VDS pentru cele dou tranzistoare n mod similar ca i la sursa cascod;

b. alegei Vod pentru cele dou tranzistoare; c. din tensiunile Vod i VTh calculai tensiunea n grila tranzistorului Mn2; d. avnd Vod i curentul, calculai raportul W/L cu ajutorul PSF de referin de la Lab1; e. tensiunea Vgn2 se calculeaz tiind c, n cazul n care ctigul sursei comandate E1

(a) este suficient de mare, intrrile sunt la acelai potenial (V+=V- ca i la un AO).


5


VGS VDS VTh VR VDsat ID gm rDS Mn1 Mn2

18. Determinai rezistena de ieire a sursei. 19. Simulai caracteristica de ieire a sursei, msurai rezistena n jurul PSF i determinai va-

loarea aproximativ a Vomin. 20. Repetai punctele 16-19 pentru varianta PMOS.

surse electronice de curent

Documents