PRACTICA 1: Etapa amplificadora con amplificador n-MOS

PRACTICA 1: Etapa amplificadora con amplificador n-MOS

PRACTICA 1
Prácticas de Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos
4ª Curso Ingeniero de Telecomunicación
http://www.dinel.us.es
PRACTICA 1: Etapa amplificadora MOS simple
1
2
Introducción
Montaje 1: Fuente Común con resistencia
2.1
Modelo DC y AC
2.2
Modelo SPICE
3 Cuestionario
3.1
Montaje 1
1 Introducción
El objetivo de esta práctica es una primera toma de contacto con el simulador de circuitos
WINSPICE que implementa el lenguaje SPICE.
Esta herramienta se basa para su funcionamiento en un fichero de texto que contiene:
ƒ Conexionado de elementos (netlist) que componen el circuito
ƒ Modelos de dispositivos
ƒ Análisis que se deseen realizar
Se suele emplear la extensión .cir para este tipo de ficheros. A lo largo de esta práctica se
recordarán los elementos anteriormente descritos.
Una de las características diferenciales de esta versión de SPICE es que se ejecuta sobre
plataformas WIN32 en entorno gráfico componiéndose de una ventana de comandos,
apareciendo una ventana gráfica cada vez que se representa una curva (entorno multiventana).
2 Montaje 1: Fuente Común con resistencia
2.1
Modelo DC y AC
Vdd
3
Rt
Rd
1
Rt
ut
out
2
ugs
Vt
M1
ro
gm ugs
Rd
Vout
El circuito de la figura representa un amplificador en fuente común constituido por una fuente
de señal Vt-Rt un transistor nMOS M1 y una resistencia discreta Rd
Suponiendo que el transistor se encuentra en saturación:
Id= 0.5 Kn·W/L·(Vgs –– Vth )2
Vdd=Rd·Id + Vds
Los parámetros de pequeña señal se relacionan con los niveles de polarización mediante:
gm=sqrt(2·Kn·Id·W/L)
ro=1/(lambda·Id)
La ganancia estática de tensión:
Av = uo/ut = - gm ( ro || Rd )
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uo
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2.2
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Modelo SPICE
El fichero de texto correspondiente a este circuito sería inicialmente:
*** Practica 1a
.include mosisv1.mod
Vdd 3 0 dc 3.3v
Vt 1 0 dc 0
Rt 1 2 10k
M1 out 2 0 0 cmosn w=2.1u l=0.7u
Rd out 3 1k
.end
Para resolver el circuito 1 y la determinación de los parámetros de pequeña señal (punto de
operación en la nomenclatura SPICE) bastaría teclear en la ventana de comandos:
OP
Los resultados de dicho análisis (tensiones nodales e intensidades de las fuentes de corriente)
se visualizan tecleando
print all
Si quisiéramos ver la influencia de la tensión Vt sobre el circuito (Característica estática)
deberíamos ejecutar
DC Vt 0 3.3 0.1
Que resuelve el circuito para los valores de Vt comprendidos entre 0 y 3.3v con un paso de 0.1
Para representar gráficamente la evolución de la tensión Vout (en función de Vt ):
plot v(out)
En este caso, como la corriente de drenador coincide con la intensidad de la fuente Vdd:
plot i(vdd)
En general, si deseamos visualizar la intensidad de una rama, es necesario añadir una fuente
de tensión de valor nulo, de la que podamos representar su intensidad.
Cuando resolvemos el punto de operación de un circuito es posible acceder al modelo
linealizado (pequeña señal) de los elementos mediante
show all
La simulación de la evolución temporal del comportamiento de un circuito necesita que exista
una fuente que aplique una señal variable en el tiempo, en nuestro caso modificamos Vt:
Vt 1 0 dc 0.8 sin(0.8 0.5 1k)
Que define una fuente independiente de tensión con un nivel de continua de 0.8v, amplitud
1vpp y frecuencia 1kHz.
Es necesario especificar también el tipo de análisis que desea realizar:
.TRAN 1u 3m
Que realiza una simulación entre 0 y 3mseg con un tiempo de paso de 1useg
1
SPICE realiza un análisis nodal por lo que la resolución consiste en la obtención de las tensiones en
todos los nodos del circuito así como las intensidades de las fuentes de tensión
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3 Cuestionario
Nombre:
D
C
B
A
DNI
W1 (um)
L1 (um)
Rd (ohmios)
0.8*(A+B+10)
0.8*(E+2)
5K*(C+1)
Vdd (v)
3.3v
Kn (uA/v2)
Vth (v)
Lambda (1/v)
nMOS
126
0.69
0.02
3.1
E
Año en curso
2
0
1
0
Tecnología 0.8um
pMOS
47
-0.93
0.02
Montaje 1
Q1 (Analisis DC)
Realiza un barrido de la tensión de entrada Vt y dibuja la tensión de salida Vo e intensidad de
drenador Id. Apunta los valores de Vo e Id para los siguientes valores de Vt.
Vt
0.3V
1V
3.3V
Vo (V)
Id (A)
Q2 (Analisis DC + OP)
Determina el nivel de tensión Vt para que la tensión de salida esté situada en el centro del
rango de tensiones. Anota el valor de Id.
Teórico
SPICE
Vt (V)
Id (A)
Q3 (Análisis OP)
Utilizando los resultados dados por SPICE en la cuestión Q2, calcula los parámetros de
pequeña señal en el punto de polarización y anota los dados por SPICE.
Teórico
SPICE
gm (A/V)
ro (V/A)
Q4 (Análisis TRAN)
Determina el valor de la tensión pico-pico de salida al aplicar una tensión sinusoidal de valor
medio Vt (hallada mediante SPICE en Q2) y frecuencia 1KHz con las siguientes amplitudes.
Para el cómputo teórico utiliza la fórmula de la ganancia de tensión empleando los datos
obtenidos con SPICE en Q3.
Teórico (V)
SPICE (V)
1mVpp
1Vpp
GUARDA ESTE CUESTIONARIO HASTA FINAL DE CURSO
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