Aktīvās slodzes MOSFET diferenciālā pāra: Lambda mērīšana, prognozes pieaugums

Aldaris sāk ražot jaunu dzērienu Vichy VivaSport (Jūnijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Aktīvās slodzes MOSFET diferenciālā pāra: Lambda mērīšana, prognozes pieaugums


Šajā rakstā mēs aplūkosim diferenciālā pieauguma vienādojumu un izmantosim LTspice, lai atrastu kanāla garuma modulācijas parametra vērtību, kuru sauc par lambda (λ).

Atbalsta informācija

  • Diskrētās pusvadītāju shēmas: diferenciālais pastiprinātājs
  • Diskrētās pusvadītāju shēmas: vienkāršs Op-Amp
  • Izolētas vārtu lauka efekta tranzistori (MOSFET)
  • Pamata MOSFET pastāvīgā strāvas avots
  • Pamata MOSFET diferenciālā pāra
  • SPICE modeļi ar 0, 35 μm MOSFET

Iepriekšējie raksti

  • MOSFET diferenciālā pāra savienojums ar aktīvo slodzi
  • Aktīvās slodzes MOSFET Diferenciālā pāra priekšrocības
  • Aktīvās ielādes MOSFET diferenciālā pāra: izejas pretestība

Diferenciāle ar izejas pretestību

Iepriekšējā rakstā mēs apspriedām MOSFET maza signāla izejas pretestību (r o ): kāpēc tā pastāv, kā tas ietekmē pastiprinātāju ķēdi un kā to aprēķināt. Tagad mēs izmantosim šo jauniegūto pieredzi, lai pārbaudītu aktīvās slodzes diferenciālo pāra pieaugumu. Sāksim ar šādu shēmu:

Tāpēc tagad mūsu pastiprinātāju FET ir iztukšošanas rezistori, tādēļ aktīvā iekrauta konfigurācija ir līdzīga izlaiduma rezistoru versijai, kas parādīta Basic MOSFET Differential Pair. Pilnīga diferenciālā guvuma analīze šai shēmai nav īsti vienkārša, un es nevēlos, lai tas viss sarežģītos. Tā vietā mēs izmantosim konceptuālu, intuitīvu pieeju.

Visvienkāršākais veids, kā turpināt, ir pieņemt, ka ķēde ir simetriska, un pēc tam analizē tikai diff pārnes labo pusi (jo izeja tiek ņemta no labās puses). Šis paņēmiens būtu kārtībā ar drenāžas rezistoru diff pāriem, jo ​​šī shēma ir faktiski simetriska, ja mēs pieņemam perfektu saskaņošanu. Bet aktīvi ielādes diff pāri, diemžēl, nav simetriski.

Tomēr izrādās, ka mēs varam izlikties, ka ķēde ir simetriska, un pēc tam veic intuitīvu analīzi pāra labajā pusē. To darot, mēs varam nonākt pie pareizas izteiksmes par atšķirīgu peļņu. (Es saku "pareizu izteiksmi", nevis "pareizo izteiksmi", jo pat formālāka analīze, kas noved pie šī izteiciena, ietver vienkāršojumus.)

Varbūt jums nepatīk šāda veida neapdomīga nevērība par stingru ķēdes teoriju, bet es priecājos, ka varu izpētīt un (vismaz daļēji) izprast situāciju, nezaudējot detaļas.

Intuitīva analīze

Tātad, iedalīsim ķēdi pusi un uzņemsim virtuālo zemi, kas savienota ar Q 2 avotu.

Mēs redzam, ka ķēde atgādina drenāžas rezistoru versijas labo pusi. Kā norādīts MOSFET Diferenciālā pāra pamatmetros, pilnā aizplūšanas rezistora difpuzīna pāra diferenciālais pieaugums ir (g m × R D ), un tas nozīmē, ka drenāžas pretestības izkliedes pāru (A V, OS ) ir tas pats vārds, kas dalīts ar diviem:

$ $ A_ (V, OS) = \ frac (g_m \ times R_D) {2} $ $

Mēs varam piemērot šo pašu izteiksmi aktīvi ielādētajam pārim, kur drenāžas rezistors tagad ir Q 4 neliela signāla izejas pretestība. Tomēr neaizmirstiet, ka atšķirības pāreja pārveido izeju no diferenciāļa uz vienu gala bez zaudējuma zuduma, citiem vārdiem sakot, koeficientu-divu samazinājumu, kas rodas, sadalot izlādes rezistoru, diff pāra nepiemēro uz aktīvās slodzes konfigurāciju.

Tādējādi mēs varētu secināt, ka aktīva slodzes diferenciālā pāra pieaugums (A V, AL ) ir šāds:

$ $ A_ (V, AL) = g_m \ times r_ (o4) $ $

Bet tas būtu nepareizi! Tas ir nepareizi, jo mēs aizmirstam par Q 2 izejas pretestību. Ar drenāžas rezistoru diff pāri, ir vairāk pamatoti ignorēt izejas pretestību Q 2, jo tas, iespējams, ir daudz lielāks par noteces rezistoru. Kā redzējām iepriekšējā rakstā aprakstītajā kopējā avota pastiprinātājā, maza signāla analīze novieto izejas pretestību paralēli drenāžas rezistoram.

Ja r o ir daudz lielāks par R D, paralēlā kombinācija nebūs daudz atšķirīga no R D. Bet mums ir pilnīgi jauna situācija ar aktīvi ielādes ķēdi: Q 4 r o var būt diezgan līdzīgs Q 2 r o, un tādēļ mēs nevaram ignorēt Q 2 r o .

Tāpēc mums vajadzīga jauna shēmas shēma:

Tagad kopējā izejas pretestība ir r o2 || r o4, un mēs pamatoti secinām, ka aktīvā slodzes diferenciālā pāra pieaugums ir šāds:

$ $ A_ (V, AL) = g_m \ times \ left (r_ (o4) \ paralēli r_ (o2) \ labi) $ $

kur g m attiecas uz pastiprināto tranzistoru (Q 1 un Q 2 ), nevis uz pašreizējo spoguļu tranzistoru (Q 3 un Q 4 ) transkonstrukciju.

Lambda mērīšana

Šajā brīdī mēs vēlamies prognozēt mūsu aktīvi noslogotā diff pāriem gūto peļņu, taču mēs nevaram to darīt, jo mums jāzina r o4 un r o2 vērtība.

Tam mums jāzina lambda, jo

$ $ r_o = \ frac (1) (\ lambda \ times I_D) $ $

Es zinu, ko jūs domājat: tikai skatieties SPICE modeli!

Ak, tas ne vienmēr ir tik vienkārši. MOSFET modeļi, kurus mēs izmantojam mūsu simulācijās, ir "BSIM3" šķirnes, kas nozīmē, ka tie ir pārāk sarežģīti, izmantojot lambdu balstīto pieeju kanāla garuma modulācijai. Citiem vārdiem sakot, jūs neredzēsiet lambda SPICE modelī, jo to aizstāj ar citiem parametriem, kas ļauj precīzāk simulēt.

Tātad mums ir laba iespēja empiriski noteikt lambdu. Kā mēs to darām "" src = "// www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/ALRG_diagram9.jpg" />

Pirmkārt, mēs pieliekam no izejas strāvas padeves, kas ir pietiekami augsts, lai no jauna novietotu FET. Tad, turējot V GS konstanti, mēs palielinām spriegumu no kanalizācijas līdz izejai. Tā kā V DS kļūst pietiekami augsts, lai pieskārienu kanālam, FET piesātinās. Ja mēs ignorējam kanāla garuma modulāciju, līkne būs pilnīgi plakana (kā parādīts iepriekš), jo V DS palielinājums neietekmē noteces strāvu.

Turpretī šī līkne nav vienmērīga piesātinājuma reģionā, jo tā ietver kanāla garuma modulāciju:

Pakāpeniska piesātinājuma reģiona aizplūšanas strāvas palielināšanās atbilst papildu strāvai, kas plūst caur izejas pretestību, palielinoties spriegumam no izplūdes līdz spriegumam. Ja mēs paplašināsim šo līniju atpakaļ uz x asi, mums ir lambda:

Kā norādīts diagrammā, jūs varat arī mērīt slīpumu un pārvērst to tieši uz r o .

Lambda simulācija

Šeit ir LTspice shēma, kuru izmantoju, lai atrastu lambdu: