E/A-Widerstand des Common-Source-MOSFET mit Source-Degeneration

Question

E/A-Widerstand des Common-Source-MOSFET mit Source-Degeneration

Mosfet
Ausgang
Physik
Widerstand
formel-ableitung

Keno

Common-Source-MOSFET mit Source-Degenerationen sieht so aus

Ich bin etwas verwirrt über unterschiedliche Eingangs- und Ausgangswiderstandsangaben (von verschiedenen Quellen bereitgestellt).

Einige von ihnen sagen, dass das Anwenden von Rs auf die Schaltung die Eingangs- und Ausgangswiderstände nicht einmal ein bisschen ändert (was ich kaum glaube).

Aber die anderen sagen, dass Rs die AC-Ausgangsimpedanz "erhöht", was wahrscheinlich bedeutet, dass Rs die Ausgangsimpedanz erhöht.

Aber ich kann keine Formel finden, die erklären könnte, was mit dem Ausgangswiderstand passiert. (Wie für CS ohne Rs --> Rout = Rd || Rload || ro )

Kann mir jemand erklären, was wirklich mit dem Ausgangswiderstand in der CS-Source-Degenerationstransistorschaltung passiert?

*Ich bekomme die restlichen Vorteile wie verbesserte Linearität, niedrigere Spannungsverstärkung usw.

Analogsystemerf

Was passiert in einer bipolaren Kleinsignal-Modellschaltung, wenn Emitter-Degeneration eingebaut ist? Die Kleinsignal-Modelle sind identisch.

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E/A-Widerstand des Common-Source-MOSFET mit Source-Degeneration

Was passiert in einer bipolaren Kleinsignal-Modellschaltung, wenn Emitter-Degeneration eingebaut ist? Die Kleinsignal-Modelle sind identisch.

G36 · Answer 1

Im Allgemeinen "fügt" der Source-Degenerationswiderstand der Schaltung eine negative Rückkopplung hinzu (Stromreihenrückkopplung). In diesem Fall tasten wir den Ausgangsstrom ab ( $I_D$ ) und liefern eine proportionale Spannung in Reihe mit dem Eingang ( $V_{GS} = V_G - I_D*R_S$ ). Diese Art der Rückkopplung nimmt zu $Rin$ Und $Rout$ . Beachten Sie jedoch, dass der MOSFET selbst sehr groß ist $Rin =\infty$ , Deshalb $Rin = R1||R2$ bleibt unverändert.

Die Spannungsverstärkung sinkt ebenfalls ab $Av = -\frac{R_D}{R_S + 1/gm} = -\frac{R_D||R_L}{\frac{1}{gm} +R_S||R_3}$

Dies verbessert auch die Linearität, denn ohne $R_S$ Spannungsverstärkung ist $gm*R_D$ und wie Sie wissen sollten $gm$ variiert mit dem Drainstrom. Weil $gm$ ist eine Funktion des Drainstroms ( $I_D$ ), ändert sich die Spannungsverstärkung mit dem Signalhub und die Spannungsverstärkung ebenfalls. Aber wenn wir einen externen Quellenwiderstand hinzufügen $R_S$ wir bemerken, dass die $R_S$ ändert sich nicht mit dem Signalhub ( $I_D$ Swing), so dass die Gesamtspannungsverstärkung stabilisiert und linearer ist.

Für $R_S >> 1/gm\rightarrow A_V\approx \frac{R_D}{R_S}$

Sehen wir uns nun an $rout$ . Wenn wir aus der Lastperspektive schauen, können wir zwei Pfade für einen Wechselstromfluss sehen:

Zuerst durch $R_D$ Widerstand.

Und der zweite über den MOSFET-Kanal --> $R_S$ in GND.

Wie Sie jetzt sehen können $R_S$ Der Widerstand liegt in Reihe mit dem MOSFET-Kanal.

Um also den Widerstand vom Drain-Anschluss in den MOSFET zu finden, müssen wir ein Kleinsignalmodell verwenden.

$r_x = \frac{V_X}{I_X}$ und weil $V_G = 0V$ wir haben:

v_{G S} = - {ICH}_{X} * R_{S}

$V_{GS} = -I_X*R_S$

Und von KVL haben wir

v_{X} = {ICH}_{R Ö} * R Ö + {ICH}_{X} * R_{S}

$V_X = I_{ro}*ro+I_X*R_S$

{ICH}_{R Ö} = {ICH}_{X} - G M * v_{G S}

$I_{ro} = I_X - gm*V_{GS}$

v_{X} = ({ICH}_{X} - (G M (- {ICH}_{X}) R_{S})) R Ö + {ICH}_{X} R_{S}

$V_X=\left ( I_X - \left (gm\left ( -I_X \right )R_S \right ) \right )ro + I_XR_S$

Und löse auf $I_X$

{ICH}_{X} = \frac{v_{X}}{R_{S} + R Ö + G M * R_{S} * R Ö}

$I_X = \frac{V_X}{ R_S + ro + gm*R_S*ro}$ Und schließlich haben wir

R_{X} = R_{S} + R Ö + G M * R_{S} * R Ö = R Ö (1 + G M R_{S} + \frac{R_{S}}{R Ö})

$r_x = R_S + ro + gm*R_S*ro = ro(1+gmR_S+\frac{R_S}{ro})$

R_{X} = R Ö * (1 + G M R_{S}) + R_{S}

$r_x = ro*(1+gmR_S)+R_S$

Wie Sie sehen können, hinzufügen $R_S$ Widerstand erhöhen den MOSFET-Widerstand.

Der $ro$ wird um den Faktor verstärkt $(1+gm R_S)$

Also insgesamt $r_{out}$ ist gleich:

R_{Ö u T} = R_{D} | | R_{X}

$r_{out} = R_D||r_x$

und weil $R_D<<r_x$ wir haben $r_{out} \approx R_D$

Ich weiß nicht, was ich sagen soll. Auf so eine Antwort hatte ich wirklich gehofft - du hast mir alles erklärt! Ich hoffe, diese Antwort erhält mehr positive Stimmen: D
Eine Sache noch: Sie sagten "rout = Rd || rx". Was ist mit "ro" - dem Kanalwiderstand, der gleich "1/gm" ist? Kann es parallel zu Rd und rx hinzugefügt werden, um ein ungefähreres Ergebnis/einen ungefähreren Wert zu erzielen?
@Keno Wenn Sie in den MOSFET-Drain-Anschluss schauen und der MOSFET im Sättigungsbereich arbeitet. Sie werden neuere 1/gm sehen.

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Keno

Analogsystemerf

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Keno

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