Elektronische basisschakelingen: Oplossingen 2



Vergelijkbare documenten
Elektronische basisschakelingen: Oefenzitting 2

Elektronische basisschakelingen: Oplossingen 1

Elektronische basisschakelingen: Oefenzitting 1

De overgang van een gelineariseerde schakeling naar signaalverwerkingsblok

Vak: Labo elektro Pagina 1 / /

Materialen in de Electronica Practicum 2 : Een zonnecel en een diode (dinsdag 21 april 2015)

Klasse B versterkers

Module 1: werken met OPAMPS. Project 1 : Elementaire lineaire OPAMP schakelingen.

Basisschakelingen en poorten in de CMOS technologie

DEEL 6 Serieschakeling van componenten. 6.1 Doel van de oefening. 6.2 Benodigdheden

Lijst mogelijke examenvragen Analoge Elektronica

7. Hoe groot is de massa van een proton, van een neutron en van een elektron?

Over Betuwe College Oefeningen H3 Elektriciteit deel 4

Netwerkanalyse, Vak code Toets 2

Engineering Embedded Systems Engineering

Inleiding Vermogenversterkers en de Klasse A versterker

Deel 1 De Operationele versterker

Oplossing examenoefening 2 :

Repetitie Elektronica (versie A)

9 PARALLELSCHAKELING VAN WEERSTANDEN

Oefenopgaven 1 Devices Opgave 1.1

Elektrische Netwerken 27

Tentamen Elektronische Schakelingen (ET1205-D2)

Hoofdstuk 10: Speciale types transistoren

Noorderpoort Beroepsonderwijs Stadskanaal. Reader. Wet van Ohm. J. Kuiper. Transfer Database

Bijlage 2: Eerste orde systemen

Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET2405-D2) 19 juni 2006, 14:00 17:00 uur

Materialen in de elektronica Verslag Practicum 1

Leerling maakte het bord volledig zelf

Antwoorden bij Deel 1 (hfdst. 1-8)

1. Weten wat elektrische stroom,spanning en vemogen is en het verband ertussen kennen 2. Elektrische netwerken kunnen oplossen

NETWERKEN EN DE WETTEN VAN KIRCHHOFF

Hoofdstuk 3: Praktische opampschakelingen 2

Toets 1 IEEE, Modules 1 en 2, Versie 1

GESTABILISEERDE VOEDING

Hoofdstuk 2: De veldeffecttransistor

Tentamen Elektronische Schakelingen. Datum: vrijdag 28 juni 2002 Tijd:

BIOFYSICA: WERKZITTING 08 en 09 (Oplossingen) ELEKTRISCHE KRINGEN

Analoge en Digitale Elektronica

Uitwerkingen van de opgaven in Basisboek Natuurkunde

Hertentamen Lineaire Schakelingen (EE1300)

Universiteit Twente EWI. Practicum ElBas. Klasse AB Versterker

Hertentamen Lineaire Schakelingen (EE1C11)

Hoofdstuk 4 Het schakelen van weerstanden.

Rekenkunde, eenheden en formules voor HAREC. 10 april 2015 presentator : ON5PDV, Paul

Overgangsverschijnselen

Elektronische Basisschakelingen Oefenzitting 1

TENTAMEN Versterkerschakelingen en Instrumentatie (EE1C31)

Oefeningen Elektriciteit II Deel II

Hoofdstuk 3: JFET-versterkerschakelingen

HOOFDSTUK 3: Netwerkanalyse

Onderwijs op maat voor uitdaging en motivering Enkel 1

B-examen radioamateur : Zitting van 8 maart Reglementering

Alternator 1. De functie van de wisselstroomgenerator of de alternator 2. De werking/ basisprincipe van de wisselstroomgenerator

3.4.3 Plaatsing van de meters in een stroomkring

Klasse B output buffer voor een Flat Panel Display Kolom aansturing

Voorbereiding toelatingsexamen arts/tandarts. Fysica: Elektrodynamica. 25 juli 2015 dr. Brenda Casteleyn

Langere vraag over de theorie

Eindexamen havo natuurkunde pilot II

Elektronische basisschakelingen Oefenzitting 3.

EXAMENFOLDER maandag 26 januari 2015 OPLOSSINGEN. Vraag 1: Een gelijkstroomnetwerk (20 minuten - 2 punten)

Fig. 5.1: Blokschema van de 555

Vak: Elektromagnetisme ELK Docent: ir. P.den Ouden nov 2005

Elektrische stroomnetwerken

Meetinstrumenten. PEKLY 33, Rue Boussingault _ Paris. Werkboekje behorende bij de software. Naam : Klas: 3, 15, 30, 150, 450 1,5 2

Simulink. Deel1. Figuur 1 Model van het zonnepaneel in Simulink.

Natuur- en scheikunde 1, elektriciteit, uitwerkingen. Spanning, stroomsterkte, weerstand, vermogen, energie

Het opstellen van een lineaire formule.

1. Langere vraag over de theorie

Hoofdstuk 4: Gestabiliseerde voedingen

Over Betuwe College Oefeningen H3 Elektriciteit deel 4

Wetenschappelijk Rekenen

Het installatiepakket haal je af van de website

De werking van de nulpuntstransformator

HOOFDSTUK 6 : AFREGELPROCEDURES

AS2 lecture 4. Superpositie Thévenin, Norton, en complexe stroom. Cees Keyer. Amsterdam School of technology, dept. Electronic Engineering

Oefening 4.3. Zoek een positief natuurlijk getal zodanig dat de helft een kwadraat is, een derde is een derdemacht en een vijfde is een vijfdemacht.

Hoofdstuk 8: De transistor

Inhoudsopgave De transistor en FET

Inhoudsopgave LED dobbelsteen

Deeltentamen A+B Netwerkanalyse

Signalen stroom, spanning, weerstand, vermogen AC, DC, effectieve waarde

Grondwater- en contaminantenstroming

Groep 13 CASE SSV DEEL 2 EE4. Bas Jan Renders Mathijs Tielens Jitse Meulenijzer Alexander Blockhuys Casper Antonio Jan Van Hemelen

Opgave 2 Een spanningsbron wordt belast als er een apparaat op is aangesloten dat (in meer of mindere mate) stroom doorlaat.

Schriftelijk examen 2e Ba Biologie Fysica: elektromagnetisme

Deeltentamen Lineaire Schakelingen (EE1300), deel B

Condensator. Het hellingsgetal a is constant. Dit hellingsgetal noemen we de capaciteit van de condensator C. Er geldt dus: C = Q U

Digitaal is een magisch woord

Case 1 en Simulink. 1. Diodefactor bepalen. I = I sc - I s (e!

Hoofdstuk 4: De MOSFET

toelatingsexamen-geneeskunde.be

Eindexamen wiskunde B1 havo 2007-I

WINDENERGIE : SYNCHRONE GENERATOREN

Eindexamen natuurkunde 1 havo 2006-I

-Zoek de eventuele benodigde gegevens op in het tabellenboek. -De moeilijkere opgaven hebben een rood opgavenummer.

7 Elektriciteit en magnetisme.

Circuits and Signal Processing ET2405-d2

EXAMEN CONCEPTUELE NATUURKUNDE MET TECHNISCHE TOEPASSINGEN

Transcriptie:

Elektronische basisschakelingen: Oplossingen Nico De Clercq (nico.declercq@esat.kuleuven.ac.be) ESAT 9.0 November 5, 03 Differentieelversterker. Differentieelversterker met weerstanden als last i i v uit,l v uit,r v d g m (v d /v c v b ) g m (v d /v c v b ) i i v d v c v b v c Figure : Elementaire differentieelversterker: kleinsignaal schema. In het instelpunt (v d v c 0V ) vloeit in elke tak een stroom I B, I dus is V UIT,L V dd R B L of (V dd V UIT,L ) I B V kω 0.5mA De stroom I B moet door de transitors vloeien wanneer V B 0.5V en V UIT,L V. I DS K W L (V IN V B V T ) ( V UIT,L V B ) V E L I DS V IN K W ( V UIT,L V B L V E ) V B V T L 0.V 0.5V 0.7V.4V

. Het kleinsignaal schema is voorgesteld in figuur. g m I DS V GS V T V ELV DS I DS 0.5mA 5 ma 0.V V 5V.5V 0.5mA 53kΩ 3. Voor alle verdere berekeningen vertrekken we van de wetten van Kirchoff, waaruit we volgende vergelijkingen puren (je kan het stelsel uiteraard ook voor elk geval apart opstellen, met direct de nodige 0 en ingevuld): i v uit,l () i v uit,r () i g m v d g mv c g m v b v uit,l v b (3) v d i g m g mv c g m v b v uit,r v b (4) i i 0 (5) Bepaling A d (nota: v c 0) (i i ) vervangen door () en () in de uitdrukking [(4) (3)] leidt tot v uit,l v uit,r g m v d v uit,r v uit,l, of dus v uit ( // )g m v d g m v d. A d v uit v d ( // )g m 9.64 0 log(9.64)db 9.68dB (nota: de dbwaarde voor spanningen en stromen (en bijhorende vesterkingsfactoren) is 0 log(a)db, terwijl het voor vermogens 0 log(p )db is). interessant: Uit (5), () en () volgt v uit,l v uit,r. Dit invullen in (3) (4), samen met (5) levert op dat v b 0. Bepaling A c (nota: v d 0) Uit (5), () en () volgt v uit,l v uit,r. v uit,l v uit,r v c A c 0[ 0 log(0)db db] interessant: Door in [(3)(4)] de uitdrukkingen i i 0 en v uit,r v uit,l in te vullen, vinden we 0 g m v c g m v b v b, en dus v b gm g m v c v c CMRR A d A c 9.64 0 [ 9.68dB ( )db] Als v d een beetje stijgt geleidt de linkertransistor een stroom (I I) ( I g m v d ) en de rechtertransistor geleidt een stroom (I I). v B blijft op 0.5V liggen aangezien v c 0V. v UIT,L stijgt met I en v UIT,R daalt met I.

De transistoren doen dienst als spanningnaarstroomversterkers. De weerstanden doen dienst als rudimentaire stroomnaarspanningsversterkers.. Differentieelversterker met nietideale instelstroombron i i v uit,l v uit,r g m (v d /v c v b ) g m (v d /v c v b ) i i v b ig m 0V Figure : Differentieelversterker met nietideale instelstroombron. Nog steeds is kω en V IN.4V.. Het kleinsignaal schema is voorgesteld in figuur. g m I DS V GS V T V ELV DS I DS 0.5mA 5 ma 0.V V 5V.5V 0.5mA 53kΩ r 0 75kΩ. Bemerk dat g m niet vereist is voor het oplossen van de oefening aangezien V GS van de insteltransistor constant is. 3. Het stelsel wordt nu: i v uit,l (6) i v uit,r (7) i g m v d g mv c g m v b v uit,l v b (8) i g m v d g mv c g m v b v uit,r v b (9) i i v b r 0 (0) 3

bepaling A d (nota: v c 0) Uit [(6)(7)] vinden we v uit,lv uit,r met (0) invullen in [(8)(9)] levert v b r 0 r0 (i i ). Dit samen g m v b v b r0, of dus v b 0. Uit [(9) (8)] vinden we met v b 0 en met behulp van (6) en (7) opnieuw dat A d g m ( // ) 9.64 9.68dB Interessant: Dit resultaat is eigenlijk logisch gezien het resultaat uit de eerste opgave: de weerstand r 0 toevoegen heeft geen enkel effect indien steeds v b 0V! bepaling A c (nota: v d 0V ) Uit [(8)(9)] vinden we, na het vervangen van v b met v b (i i ) en het vervangen van (i i ) met (i i ) v uit,lv uit,r dat (v uit,l v uit,r )( gmr 0 r 0 ) g m v c. v b r 0 A c v uit,l v uit,r g m v c gmr 0 r 0 g m g m r 0 4. Extra: A c 0.033 75 CMRR A d A c 9.64 75 9.68dB ( 37.5dB). 0log( 0.033 )db 37.5dB. 73 0log(73)dB 57.dB V EL V DS I DS L I DS V DS V E ma 75kΩ 0.5V 50 V µm.49µm I DS K W L (V GS V T ) ( V B V E L ) W I DS L K (V GS V T ) ( V B ) V E L ma.49µm 50 µa (.V 0.7V ) V ( 0.5 ) 8.4µm 74.5 4

i b v in i uit r g m v in 0 g m v in v uit Figure 3: Elementaire stroomspiegel: kleinsignaal schema Stroomspiegel. Elementaire stroomspiegel. V IN? Aangezien V DS V GS is V DS > V GS V T en bevindt de transistor zich in het saturatiegebied (of subthreshold als V GS < V T, maar dat is hier erg onwaarschijnlijk). V UIT? I UIT? I B K W L (V IN V T ) ( V IN V E L ) 0 50µA V 0µm µm (V IN 0.7V ) ( V IN 50V ) 0.mA Deze derdegraadsvergelijking in V IN kan gemakkelijk iteratief worden opgelost. Volgens maple zijn de oplossingen 0.539,.49 en 49.996. Enkel voor V IN.49V werkt de transistor in het saturatiegebied, de andere oplossingen zijn dus ongeldig. V UIT V dd V BIAS I DS I DS K W L (V IN V T ) ( V UIT V E L ) I x( V UIT 50V ) 489µA(V UIT 50V ) V UIT V dd V BIAS I x I x 50V.949V I UIT K W L (V IN V T ) ( V UIT V E L ) 507.9µA (Dit kan ook berekend worden via de weerstand, maar dan moet je zeker voldoende beduidende cijfers meenemen overal...) 5

Bemerk dat I UIT 5 I B omwille van het verschil in V DS tussen de twee transitoren.. Het kleinsignaal schema is gegeven in figuur 3. g m I B V IN V T V ELV IN I B g m I UIT V IN V T V ELV IN I UIT 0.453 ma V 5.4kΩ.97 ma V 00.7kΩ 3. We bepalen nu eerst de parameters van het equivalent kleinsignaal model van de stroomspiegel. Dit gebeurt op basis van het kleinsignaal schema van de stroomspiegel (zie deel ). g m v in v in, dus R in v in g m 0.4Ω g m v uit i uit, dus v uit i uit 00.7kΩ i A g m v in g m g m i in, dus is A g m g r m 0 5.057 g m g m Merk op dat de uitgangspoort (v uit, i uit ) vervangen wordt door een Norton equivalent. 4. Met behulp van het equivalent model vinden we nu gemakkelijk dat i uit A v uit. Aangezien v uit i uit, bekomen we i uit A 5.05. 6

. (Extra) Verbeterde stroomspiegel i b i uit 3 g m3 v gm4v v in v v 4 v uit r g m v in 0 g m v in Figure 4: Verbeterde stroomspiegel kleinsignaal schema. Uit I DS K W L (V IN V T ) ( V DS T V E ) vinden we direct dat L V IN.45V. Uit I DS3 K W 3 L 3 (V C V V T ) ( V IN V V E ) vinden we dan dat L V C.644V.. We weten reeds dat V IN.45V, V C.644V en I IN 0.mA. Een voor de hand liggend stelsel is: V UIT V dd V BIAS I UIT I UIT K W L (V IN V T ) ( V V E L ) I UIT K W 4 L 4 (V C V V T ) ( V UIT V V E L ) Het enige geldige antwoord dat maple hiervoor aflevert is I UIT 0.500034mA, V UIT.95V en V 0.5035V. 3. Het kleinsignaal schema is weergegeven in figuur 4. Hierin is g m g m g m3 g m4 I IN V IN V T 0.449mS, V ELV I IN I UIT V IN V T.47mS, V ELV I UIT 505kΩ 0kΩ I IN V C V V T 0.450mS, 3 V ELV IN V I IN I UIT V C V V T.68mS, 4 V ELV UIT V I UIT 506.4kΩ 0.9kΩ 7

4. R in? De twee interessante vergelijkingen zijn g m3 v v in v 3 g m v in v Door v uit de tweede vergelijking te halen en in de eerste in te vullen, bekomen we ( g m3 3 ) v in (g m3 g m g m Hieruit halen we R in v in g m en A? De twee interessante vergelijkingen zijn i uit g m4 v v uit v 4 i uit g m v in v 3 ) Door v uit de tweede vergelijking te halen en in de eerste in te vullen, bekomen we i uit (g m4 4 ) v uit 4 v in (g m4 g m r g 0 m 4. Met wat benaderen en het vervangen van v in R in levert dit i uit v uit g m4 4 R in g m Het equivalent circuit dat we zoeken heeft als vergelijking i uit A v uit en dus is 4 g m4 en A R in g m g m g m. 5. Met behulp van het equivalent circuit vinden we nu gemakkelijk dat i uit A v uit A i uit, of dus i uit A, 8