oglinzi de curent

Laborator 3 – Oglinzi de curent

1

1. Oglinda simplă de curent cu tranzistoare MOS Schema de test:

Mp1p018w = 14.9ul = 1um = 1

0

Vdp2Vdc

Mn1n018w = 4.3ul = 1um = 1

Mp2 p018w = 14.9ul = 1um = 1

Vdn2Vdc

I130uAdc

0

Vdd3Vdc

Mn2 n018w = 4.3ul = 1um = 1

0

00

I230uAdc

Exerciţii:

1. Dimensionaţi tranzistoarele din oglindă pentru un factor de reflexie unitar, curent de intrare de 30μA şi Vod de 200mV.

2. Verificaţi PSF ale componentelor şi determinaţi rezistenţa de intrare respectiv ieşire. Utili-zaţi formula de calcul de la curs şi parametrii de semnal mic ai tranzistoarelor. Completaţi următorul tabel pentru oglinda NMOS:

VGS1 VDS1 VGS2 VDS2 gm1 rDS2

3. Demonstraţi prin simulare că dacă tranzistoarele sunt identice, iar oglinda este echilibrată în tensiune (VDS1=VDS2), atunci eroarea factorului de reflexie tinde la zero.

4. Simulaţi variaţia factorului de reflexie (n=ID(Mn2)/I(I1)) cu dezechilibrul tensiunilor drenă-sursă. Se variază Vdn între 0 şi 3V cu pasul de 1mV. Explicaţi forma curbei la tensiuni Vdn mai mari decât 2.7V.

5. Simulaţi caracteristica de ieşire a oglinzii, măsuraţi rezistenţa de ieşire în jurul PSF şi deter-minaţi valoarea aproximativă a Vomin.

6. Simulaţi caracteristica de intrare a oglinzii şi măsuraţi rezistenţa de intrare în jurul PSF. 7. Construiţi varianta PMOS a oglinzii şi repetaţi exerciţiile 1-6 (temă de casă).

2. Oglinda de curent cascodă cu tranzistoare MOS Schema de test:

I130uAdc

Mn1n018w = 4.3ul = 1um = 1

0

0

Mp1p018w = 14.9ul = 1um = 1

0

Mp4 p018w = 14.9ul = 1um = 1

Mn2 n018w = 4.3ul = 1um = 1

I230uAdc

Vdd3Vdc

Mn3n018w = 4.3ul = 1um = 1

0

Mp2 p018w = 14.9ul = 1um = 1

0

Vdn1Vdc

Vdp1Vdc

Mn4 n018w = 4.3ul = 1um = 1

Mp3p018w = 14.9ul = 1um = 1


2

Exerciţii:


9. Verificaţi PSF ale componentelor şi determinaţi rezistenţa de intrare respectiv ieşire. Utili-zaţi formula de calcul de la curs şi parametrii de semnal mic ai tranzistoarelor. Cât este ten-siunea minimă admisă la ieşirea oglinzii? Completaţi următorul tabel pentru oglinda NMOS:

Vin Vout ΔV VDS2-VDS1 gm1-2 rDS2 gm3-4 rDS4

10. Demonstraţi prin simulare că dacă tranzistoarele sunt identice factorul de reflexie tinde spre unitate chiar dacă oglinda nu este echilibrată în tensiune (Vin≠Vout). Ce rol au tranzistoarele cascodă?

11. Simulaţi variaţia factorului de reflexie (n=ID(Mn4)/I(I1)) cu dezechilibrul tensiunilor drenă-sursă. Se variază Vdn între 0 şi 3V cu pasul de 1mV.



3. Oglinda de curent cascodă de joasă tensiune cu tranzistoare MOS Schema de test:

I230uAdc

Vdd3Vdc

0

Mn2 n018w = 4.3ul = 1um = 1

0

Mp4 p018w = 14.9ul = 1um = 1

Mp5p018w = 14.9ul = 1um = 1

0

Vdn1Vdc

Mplinp018w = 5ul = 2um = 1

0

Mn3n018w = 4.3ul = 1um = 1

I130uAdc

Mn5n018w = 4.3ul = 1um = 1

0

Mn4 n018w = 4.3ul = 1um = 1

I430uAdc

00

Mn1n018w = 4.3ul = 1um = 1

Mp2 p018w = 14.9ul = 1um = 1

Mp3p018w = 14.9ul = 1um = 1

Vdp1Vdc

Mp1p018w = 14.9ul = 1um = 1

I330uAdc

Mnlinn018w = 2ul = 2.5um = 1

Exerciţii:

15. Dimensionaţi tranzistoarele din oglindă pentru un factor de reflexie unitar, curent de intrare de 30μA şi Vod de 200mV. Căderea de tensiune VDS a tranzistorului Mnlin va fi aproximativ egală cu VDS a tranzistoarelor Mn1 şi Mn3. Totodată, pentru funcţionarea corectă a oglinzii este necesar ca VDS1≥Vod1 şi VDS3≥Vod3, iar VGS1=VDS1+VDS3. Atenţie la distribuţia tensiuni-lor VDS între tranzistoarele Mn1 şi Mn3!




3

17. Demonstraţi prin simulare că dacă tranzistoarele sunt identice factorul de reflexie tinde spre unitate chiar dacă oglinda nu este echilibrată în tensiune (Vin≠Vout). Ce rol au tranzistoarele cascodă?

18. Simulaţi variaţia factorului de reflexie (n=ID(Mn4)/I(I1)) cu dezechilibrul tensiunilor drenă-sursă. Se variază Vdn între 0 şi 3V cu pasul de 1mV.



4. Oglinda de curent Wilson asimetrică Schema de test:

Vdp11Vdc

Mp1p018w = 14.9ul = 1um = 1

0

Mp2 p018w = 14.9ul = 1um = 1

0

Mn3 n018w = 4.3ul = 1um = 1

Vdd13Vdc

0

Vdn11Vdc

0

Mn1n018w = 4.3ul = 1um = 1

0

I230uAdc

Mn2 n018w = 4.3ul = 1um = 1

I130uAdc

Mp3 p018w = 14.9ul = 1um = 1

Exerciţii:



Vin Vout ΔV VDS2-VDS1 gm1-2 rDS1 gm3 rDS3

24. Demonstraţi prin simulare că dacă tranzistoarele sunt identice, eroarea factorului de reflexie nu se reduce, chiar dacă oglinda este echilibrată în tensiune. Explicaţi motivul.

25. Simulaţi variaţia factorului de reflexie (n=ID(Mn3)/I(I1)) cu dezechilibrul tensiunilor drenă-sursă. Se variază Vdn între 0 şi 3V cu pasul de 1mV. Se observă eroarea sistematică a facto-rului de reflexie.



5. Oglinda de curent Wilson echilibrată Schema de test:


4

00

Mp40 p018w = 14.9ul = 1um = 1

Vdn21Vdc

I330uAdc

Mn30n018w = 4.3ul = 1um = 1

Vdd23Vdc

Mp10p018w = 14.9ul = 1um = 1

0

I430uAdc

Mp20 p018w = 14.9ul = 1um = 1

0

Vdp21Vdc

Mp30p018w = 14.9ul = 1um = 1

0

Mn20 n018w = 4.3ul = 1um = 1

Mn40 n018w = 4.3ul = 1um = 1

Mn10n018w = 4.3ul = 1um = 1

Exerciţii:




31. Demonstraţi prin simulare că dacă tranzistoarele sunt identice, factorul de reflexie tinde la unitate chiar dacă oglinda nu este echilibrată în tensiune. Care este rolul tranzistoarelor cascodă?

32. Simulaţi variaţia factorului de reflexie (n=ID(Mn40)/I(I1)) cu dezechilibrul tensiunilor dre-nă-sursă. Se variază Vdn între 0 şi 3V cu pasul de 1mV.



6. Oglinda de curent simplă cu tranzistoare bipolare Schema de test:

Vcc3VdcQ3

pnplat

0

Vdp

2.354Vdc

0

Vcn2.406Vdc

0

I230uAdc

I130uAdc

Q1npnv er

Q2npnv er

0

0

Q4pnplat

Exerciţii:


5

36. Echilibraţi oglinda în tensiune şi aflaţi valoarea amplificării în curent β pentru tranzistoare. Completaţi următorul tabel pentru oglinda NPN:

Vin Vout Iin Iout β εn gm1 rCE2

37. Calculaţi eroarea teoretică a raportului de reflexie în funcţie de β. Determinaţi eroarea prin simulare şi comparaţi rezultatul cu valoarea teoretică.


39. Simulaţi caracteristica de intrare a oglinzii şi măsuraţi rezistenţa de intrare în jurul PSF. 40. Construiţi varianta PNP a oglinzii şi repetaţi exerciţiile 36-39. Utilizaţi tranzistoare pnplat

din biblioteca be.lib. (temă de casă).

7. Oglinda de curent bipolară cu compensare de β Schema de test:

0

Q2npnv er

0

Qc2pnplat

I230uAdc

0

Q3pnplat

0

Q1npnv er

Vcc3Vdc

Vcn1.921Vdc

Vdp

1.803Vdc

0

Q4pnplat

0

I130uAdc

Qc1npnv er

Exerciţii:

41. Echilibraţi oglinda în tensiune şi aflaţi valoarea amplificării în curent β pentru tranzistoare. Completaţi următorul tabel pentru oglinda NPN:

Vin Vout Iin Iout β εn gm1 rCE2

42. Calculaţi eroarea teoretică εn a raportului de reflexie în funcţie de β. Demonstraţi prin simulare că dacă β are valori suficient de mari atunci factorul de reflexie tinde la unitate.

43. Calculaţi rezistenţele de intrare şi de ieşire utilizând ecuaţiile de la curs şi parametrii de sem-nal mic ai tranzistoarelor.


45. Simulaţi caracteristica de intrare a oglinzii şi măsuraţi rezistenţa de intrare în jurul PSF. 46. Construiţi varianta PNP a oglinzii şi repetaţi exerciţiile 41-45 (temă de casă).

8. Oglinda de curent cu degenerare rezistivă Schema de test:


6

Q4pnplat 0

R4

5k

Vdp

2.206Vdc

Q3pnplat

Q1npnv er

0

I230uAdc

I130uAdc

R3

5k

Q2npnv er

Vcc3Vdc

0

R2

5k

Vcn2.257Vdc

0 0

R1

5k

Exerciţii:

47. Echilibraţi oglinda în tensiune (Vin=Vout) şi notaţi punctele statice de funcţionare ale compo-nentelor. Completaţi următorul tabel pentru oglinda NPN:

Vin Vout Iin Iout β εn gm1-2 rCE2

48. Calculaţi eroarea teoretică a raportului de reflexie εn în funcţie de β şi comparaţi cu valoarea obţinută prin simulare.

49. Calculaţi rezistenţele de intrare şi de ieşire utilizând ecuaţiile de la curs şi parametrii de sem-nal mic ai tranzistoarelor.

50. Simulaţi caracteristica de ieşire a oglinzii, măsuraţi rezistenţa de ieşire în jurul PSF şi deter-minaţi valoarea aproximativă a Vomin. Se variază sursa Vcn între 0 şi 3V cu pasul de 1mV.

51. Simulaţi caracteristica de intrare a oglinzii şi măsuraţi rezistenţa de intrare în jurul PSF. 52. Modificaţi circuitul astfel încât să obţineţi un factor de reflexie egal cu 2. Pentru ca circuitul

să funcţioneze corect, densităţile de curent prin tranzistoare trebuie menţinute constante. 53. Construiţi varianta PNP a oglinzii şi repetaţi exerciţiile 47-52 (temă de casă).

9. Oglinda de curent cascodă cu tranzistoare bipolare Schema de test:

Vcn1.811Vdc

0

I130uAdc

Qn3npnv er

Qp2pnplat

Qn1npnv er

Qp1pnplat

Vcc3Vdc

Vdp

1.708Vdc

0

Qn4npnv er

0 0

I230uAdc

0

Qp4pnplat

Qn2npnv er

Qp3pnplat

Exerciţii:


7

54. Verificaţi PSF ale componentelor şi determinaţi rezistenţa de intrare respectiv ieşire. Utili-zaţi formula de calcul de la curs şi parametrii de semnal mic ai tranzistoarelor. Completaţi următorul tabel pentru oglinda NPN:

Vin Vout Iin Iout β εn gm1-2 gm3-4 rCE2 rCE4

55. Echilibraţi oglinda în tensiune şi calculaţi eroarea factorului de reflexie introdusă de β. Cum se modifică eroarea dacă oglinda nu este echilibrată? Verificaţi prin simulare.

56. Simulaţi variaţia factorului de reflexie (n=IC(Qn4)/I(I1)) cu dezechilibrul tensiunilor drenă-sursă. Se variază Vcn între 0 şi 3V cu pasul de 1mV.



10. Oglinda de curent Wilson cu tranzistoare bipolare Schema de test (numai pentru varianta echilibrată):

0

Qn2npnv er

Qn1npnv er

Qp1pnplat

Qp4pnplat

Qp3pnplat

I230uAdc

0 0

I130uAdc

Vdp

1.708Vdc

Qn4npnv er

Vcn1.811Vdc

0

Vcc3Vdc

0

Qp2pnplat

Qn3npnv er

Exerciţii:

60. Verificaţi PSF ale componentelor şi determinaţi rezistenţa de intrare respectiv ieşire. Utili-zaţi formula de calcul de la curs şi parametrii de semnal mic ai tranzistoarelor. Completaţi următorul tabel pentru oglinda NPN:

Vin Vout Iin Iout β εn gm1-2 gm3-4 rCE1-2 rCE3-4

61. Echilibraţi oglinda în tensiune şi calculaţi eroarea factorului de reflexie introdusă de β. Cum se modifică eroarea dacă oglinda nu este echilibrată? Verificaţi prin simulare.

62. Simulaţi variaţia factorului de reflexie (n=IC(Qn4)/I(I1)) cu dezechilibrul tensiunilor drenă-sursă. Se variază Vcn între 0 şi 3V cu pasul de 1mV.



oglinzi de curent

Documents