al amplificatoarelor cu tranzistoare - utcluj.roanaliza in domeniul frecventelor inalte reflectarea...
TRANSCRIPT
-
1/22
Răspunsul in frecvență al amplificatoarelor
cu tranzistoare
➢ Răspunsul in frecvență al amplificatorului SC,
analiza calitativă
➢ Analiza cantitativa a raspunsului in frecventa pentru amplificatoarele SC si EC - optional
➢ Amplificatorul cascoda - optional
-
2/22
Conexiune SC
frecvențe medii
circuit complet:
circuitul echivalent de semnal mic la frecvențe medii:
DoDO RrRR = ||Gi RR =Dmv RgA −
-
3/22
➢ frecvenţe medii:– condensatoarele de cuplaj → scurtcircuit– condensatoarele parazite intrinseci tranzistorului → întreruperi
➢ frecvenţe joase:- condensatoarele de cuplaj → impedante echivalente- condensatoarele parazite intrinseci tranzistorului → întreruperi
➢ frecvenţe înalte: - condensatoarele de cuplaj → scurtcircuit- condensatoarele parazite intrinseci tranzistorului →
impedante echivalente
• trebuie luate în considerare si:- rezistenţa de ieşire a sursei de semnal- rezistenţa de sarcină
Comportarea în frecvenţă
-
4/22
sursa
reală de
semnal
sarcinaFrecvențe medii
• Nu apar condensatoare în
schema echivalentă pentru
variații
• Comportamentindependent de frecvență
cst)( =jAv
la variația frecvenței
R
RD
RL
-
5/22
sursa
reala de
semnal
sarcina
Frecvențe joase
• Condensatoarele de cuplare/decuplare apar în schema echivalentă pentru variații
• Comportament dependent de frecvență
• Trece sus
)(, jAf v
Fixeazăfrecvența de
tăiereinferioară
fL
-
6/22
sursa
reala de
semnal
sarcinaFrecvențe înalte
• Capacitatile parazite aparin schema echivalentăpentru variații
• Comportament dependent de frecvență
• Trece jos
)(, jAf v
Fixeazăfrecvența de
tăieresuperioară
fH
-
7/22
Răspunsul în frecvență
Trece bandă
datoritacopacitatilorde cuplaj
datoritacapacitatilorparazite
-
8/22
sursa
reala de
semnal
sarcina ( )( )
jv
jvjA
i
ov =)(
Conexiune SC
vo(j)=Fo(j)id(j);
id(j)=Fs(j)vg(j);
vg(j)=Fi(j)vi(j);
( ) ( ) ( ) jFjFjFjA osiv =)(
➢ Analiza in domeniul frecventelor joase
Optional
-
9/22
( )( )
( ) ( )iG
iG
C
C
i
g
iCRRj
CRj
jv
jvjF
++==
1
( ) CiLi
CRRf
G+
=2
1FTS, introduce pol la frecventa
Frecvenţa polului: produsul dintre condensatorul CCi şi rezistenţa
echivalentă la bornele lui
( ) CiiLi
CRRf
+=
2
1Generalizare:
Analiza in domeniul frecventelor joase
-
10/22
Frecvenţa polului: produsul dintre
condensatorul CS şi rezistenţa echivalentă la
bornele lui
( )( )( )
jv
jijF
g
ds =
SS
m
Ls
CRg
f
=
||1
2
1
Analiza in domeniul frecventelor joase
( ) ( ) ( )
+=
S
SgsmgsgCj
Rjvgjvjv
1
||( ) ( ) jvgji gsmd =
Generalizare: ( ) SSLs
CRRf
||2
1'
=
-
11/22
frecvenţa polului: produsul dintre CCo şi
rezistenţa echivalentă la bornele lui
( )( )( )
ji
jvjF
d
oo =
( ) CoLDLo
CRRf
+=
2
1
• pol dominant: cel mai mare dintre fLi, fLs, fLo daca este cu o decada
mai mare decat oricare dintre celelalte
• uzual dat de fLs la aceleasi capacitati de cuplaj
Analiza in domeniul frecventelor joase
( ) CoLoLo
CRRf
+=
2
1Generalizare:
-
12/22
➢ Analiza in domeniul frecventelor inalte
reflectarea Cgd la intrare cu teorema lui Miller
( ) gdvgd CaC −= 1ech,
Cds nu este
prezentata
deoarece
genereaza un pol
la o frecventa
mult mai mare
decat cel generat
de Cgs si Cgd
( ) gdLmgd CRgC '1ech, +=
( )oDLmLmv rRRgRga ||||' −=−=
-
13/22
➢ Analiza in domeniul frecventelor inalte
( ) gdLmgsgdgsi CRgCCCC '1ech, ++=+=
( )( )( ) ( ) iG
Lm
G
G
i
ov
CRRjRg
RR
R
jv
jvjA
||1
1'
++−==
Lm
G
Gvo Rg
RR
RA '
+−=
( ) iiH
CRRf
||2
1
=
( ) iGH
CRRf
||2
1
=
-
14/22
Exemplul numeric
CCi=CCo=Cs=10F, R=20K, RG=2M, RD=10k, RL=20k,
Rs=10K, I=400µA.
K=100A/V2, (W/L)=18, VA=100V. La I=400A Cgs=Cgd= 1pF
mS2,1=mgRezolvare: KΩ250=or
( )mHz8
1010102000202
1
)(2
163
+=
+=
− CiGLi
CRRf
Hz21
10101010||2,1
12
1
||1
2
1
63
=
=
− SSm
Ls
CRg
f
( ) ( )Hz5,0
10101020102
1
2
163
+=
+=
− DDLo
RRf
fL=21HzRezistenta de iesire a sursei de semnal, R nu afecteaza fLi dar afecteaza fH
-
15/22
( ) ( ) pF8,9120||10||2502,111||||1 ++=++= gdLDomgsi CRRrgCC
( ) ( )KHz820
108,9102000||202
1
||2
1123=
==
− iGH
CRRf
7,17)7,7log(20dB
==voA
7.75.62.1202.0
2' −=+
−=+
−= LmG
Gvo Rg
RR
RA
-
16/22
Efectul fiecărui condensator se determinăconsiderând celelalte douăcondensatoare cu capacitatea infinită (impedanţă zero)
Conexiunea EC
➢ Analiza in domeniul frecventelor joase
CibeBCii
LiCrRRCRR
f)||(π2
1
)(π2
1
+=
+=
( );
π2
1
||π2
1'
EEEE
LeCRCRR
f
==1
|||||| '
+
+==
RRrRRRR BbeEEE
CoLCCoLO
LoCRRCRR
f)(π2
1
)(π2
1
+=
+=
21 || BBB RRR =
-
17/22
➢ Analiza in domeniul frecventelor inalte
bcLmbei CRgCC )1( ++=
ii
LCm
beB
beBv
CRRRg
rRR
rRA
++−=
j1
1)||(
||
||)j(
RRrR Bbei ||||=
iBbe
HCRRr
f)||||π(2
1=)||(
||
||LCm
beB
beBvo RRg
rRR
rRA
+−=
-
18/22
Amplificatoare cascodă➢ la conexiunile SC şi EC modulul amplificării şi banda de trecere sunt invers proporţionale datorită efectului Miller.
➢ cu creşterea amplificării, creşte capacitatea parazită reflectată la intrare ceea ce duce la micşorarea benzii de frecvenţe de trecere
Lm
G
Gvo Rg
RR
RA '
+−=
( ) ( )( )gdLmgsiH
CRgCRRf
'1||π2
1
++=
➢reducerea efectului de multiplicarea a capacităţii datorită efectului Miller:configuraţia cascodă:
- conectarea unui etaj în conexiunea SC (EC) şi a unui etaj în conexiunea GC (BC)
• tehnica pentru amplificatoare de banda larga
-
19/22
Conexiunea cascodă cu tranzistoare MOS
−==
2
111
1
1||
m
om
i
ov
grg
v
vA
1
2
1o
m
rg
acelasi curent prin T1 si T2
frecvente medii
21 mmm ggg == 11 −vA
GC
DmDm
o
ov RgRg
v
vA == 22
1
21 vvv AAA =
Dmv RgA −=
GGGi RRRR == 21 ||
DoomooDo RrrgrrRR ++= )(|| 21221
SC
-
20/22
Frecvență înaltă
11111 2)1( gdgsgdvgsi CCCACC +=−+=
Factorul de multiplicare al Cgd1 este 2, considerabil mai mic dacât al
conexiunii SC . Ci rezultă mult mai redusă, ceea ce
conduce la o valoare mult mai mare a frecvenţei superioare de tăiere:
)1( LmRg +
iG
HCRR
f)||(π2
1=
➢ ceilalti doi poli introdusi de Cgs2 şi de Cgd2 sunt la frecvenţe
considerabil mai mari decât frecvenţa fH➢ Ci introduce polul dominant la înaltă frecvenţă şi determină banda de
trecere a amplificatorului.
-
21/22
Exemplul numericMΩ421 == GG RR
= K10DR
μA400=I
KΩ20=R KΩ20=LR
18)/( =LW V100=AV
2V
μA100=K
pF1== gdgs CC
mS 1,2μS 12004001810022 ==== IL
WKgm
=== M 24||4|| 21 GGG RRR
9,7)20||10(2,1200020
20)||( −=
+−=−
+= LDm
G
v RRgRR
RA
pF 31212 =+=+= gdgsi CCC
MHz 7,210310)2000||20(2
1
)||(2
1123
==
− iGH
CRRf
-
22/22
Conexiunea cascodă cu tranzistoare bipolare
)||(1
||
||2
2
1
1
1LCm
m
m
beB
beB
i
ov RRg
gg
rRR
rR
v
vA
−
+==
21 || BBB RRR =
21 bebebe rrr ==
21 mmm ggg ==
)||(||
||LCm
beB
beBv RRg
rRR
rRA
+−=
)2)(||||(2
1
bcbeBbe
HCCRRr
f+
=
Pentru tranzistoare T1 si T2 identice