Elementi di Elettronica 2015 1 13

Esame di Elementi di Elettronica 13-1-2015

4-5) Trovare i valori di: ID1, ID2, IR1, IR2, IR3,VX, Vout, ipotizzando che tutti i MOSFET lavorino in saturazione
Dati : VDD=5V IA=100A VTHn=1V1=mA/V2,2=mA/V2, R1=k, R2=k, R3=k
(1) VIN=V,
(2) VIN=V, (3)VIN=V,
(4) VIN=V,
Disegnare il circuito equivalente e trovare il guadagno di tensione vout/vin
VDD
R2
Vx
M2
IA
Vin
R3
Vout
M1
R1
6) Dato il circuito in figura determinare i valori di IB1 , Vx , Vout , e l’espressione simbolica che lega Vout a Iin
VCC = 5V, =,R1= 1 kR2= 3 kR3= 1 k
(1) IIN= mA,
(2) IIN=mA, (3)IIN=mA,
(4) IIN=mA

VCC
R3
+
Vy
Q1
Iin
Vout
R1
Vx
R2
SOLUZIONE 4-5
𝛽1
(𝑉𝐼𝑁 − 𝑉𝑡𝑛)2
2
𝑉𝐼𝑁
=
𝑅1
𝐼𝐷1 =
𝐼𝑅1
𝑉𝑋 = 𝑉𝐷𝐷 − 𝑅2 𝐼𝐴
𝛽2
𝑉𝑜𝑢𝑡 − 𝑉𝐼𝑁
(𝑉𝑋 − 𝑉𝑜𝑢𝑡 − 𝑉𝑡𝑛)2 = 𝐼𝐷1 +
2
𝑅3
2
𝑉𝑜𝑢𝑡 − 𝑉𝐼𝑁
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑋 − 𝑉𝑡𝑛 − √ (𝐼𝐷1 +
)
𝛽2
𝑅3
𝛽2
(𝑉 − 𝑉𝑜𝑢𝑡 − 𝑉𝑡𝑛)2
2 𝑋
𝑉𝑜𝑢𝑡 − 𝑉𝐼𝑁
=
𝑅3
𝐼𝐷2 =
𝐼𝑅3
𝑔𝑚1 = 𝛽1 (𝑉𝐼𝑁 − 𝑉𝑡𝑛)
M1, M2 saturi
vx
R2
gm2(vx-vout)
R3
vin
vout
gm1 vin
R1
𝑣𝑥 = 0
−𝑔𝑚2 𝑣𝑜𝑢𝑡 = 𝑔𝑚1 𝑣𝑖𝑛 +
𝑣𝑜𝑢𝑡 = −
𝑔𝑚2 = 𝛽2 (𝑉𝑋 − 𝑉𝑜𝑢𝑡 − 𝑉𝑡𝑛)
1
3
1
𝑔𝑚2 +
𝑅3
𝑔𝑚1 −𝑅
𝑣𝑜𝑢𝑡 − 𝑣𝑖𝑛
𝑅3
𝑣𝑜𝑢𝑡
𝑣𝑖𝑛
𝑣𝑖𝑛
=−
1
3
1
𝑔𝑚2 +
𝑅3
𝑔𝑚1 −𝑅
beta 1
(mA/V2)
beta 2
(mA/V2)
R1 (K)
R2 (K)
R3 (K)
IA (mA)
VDD
Vtn
Vin
(1)
1
2
10
5
3
0,1
5
1
1,5
(2)
1
2
10
5
3
0,1
5
1
2
(3)
1
2
10
5
3
0,1
5
1
2,5
(4)
1
2
10
5
3
0,1
5
1
3
ID1 (mA)
IR1 (mA)
VX
Vout
ID2 (mA)
IR3 (mA)
gm1 (mS)
gm2 (mS)
AV
(1)
0,125
0,150
4,500
2,761
0,545
0,420
0,500
1,477
-0,092
(2)
0,500
0,200
4,500
2,653
0,718
0,218
1,000
1,694
-0,329
(3)
1,125
0,250
4,500
2,448
1,108
-0,017
1,500
2,105
-0,479
(4)
2,000
0,300
4,500
2,185
1,728
-0,272
2,000
2,629
-0,563
SOLUZIONE 6
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑦 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝑖𝑛
𝐼𝐵1 = 𝐼𝑖𝑛
𝐼𝐵1 +
𝛽
𝑅
𝛽+1 3
1
𝛽+1
𝑉𝑥 𝑉𝑜𝑢𝑡 − 𝑉𝑥
=
𝑅2
𝑅1
𝑉𝑥 = 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑅2
1
𝑅1 𝑅2
− 𝐼𝑖𝑛
𝑅1 + 𝑅2
𝛽 + 1 𝑅1 + 𝑅2
VCC
beta
R1 (k)
R2 (k)
R3 (k)
Iin(mA)
(1)
5
100
1
3
1
1
(2)
5
100
1
3
1
2
(3)
5
100
1
3
1
3
(4)
5
100
1
3
1
4
Vout
IB1 (uA)
Vx
(1)
4,010
9,901
3,000
(2)
3,020
19,802
2,250
(3)
2,030
29,703
1,500
(4)
1,040
39,603
0,750