Chapter 07 7.1 BJT 7.2 MOSFET 7.3 7.4 7.5 7.6
4 6 IC IC IC IC BJT MOSFET IC IC IC IC 7 1 differential amplifier IC integrated circuit IC BJT MOSFET emitter coupled differential pair source coupled differential pair constant current source active load BJT 7 1 1 7 1 BJT NPN Q Q I 360
RØ RØ= matched vˆ vˆ vç vç RÇ IC 7 2 a vçâ common mode voltage Q Q I i =i =I /2 v =vçâ-vı 7 1 361
Vı 0.7 V BJT bø =bø "1 i iç i iç vç =vç =VÇÇ-RÇI /2 7 2 vç -vç =0 7 3 v =0 0 7 2 b vˆ =v /2 vˆ =-v /2 differential mode voltage v =vˆ -vˆ Q Q vı >vı Q I iç I /2+ I Q I iç I /2- I I vç =VÇÇ- + I RÇ 7 4a 2 I vç =VÇÇ- - I RÇ 7 4b 2 7 5 vç -vç =2 IRÇ 7 5 7 1 2 DC Q Q 7 1 vˆ vˆ v iç =IÍe (vˆ -v )/Vˇ iç =IÍe (vˆ -v )/Vˇ 7 6a 7 6b 362
363
IÍ Vˇ Q Q I 1 I =i +i = (iç +iç ) 7 7 a IÍ = [e (vˆ -v )/Vˇ+e (vˆ -v )/Vˇ] a a 7 6 7 7 iç a = I 1+e -v /Vˇ 7 8a iç a = I 7 8b v vˆ -vˆ 7 8 7 6 iç = iç = 1+e v /Vˇ ai 1+e v /Vˇ 7 9a 7 9b 7 9 v =0 vˆ =vˆ iç =iç =ai /2 I Q Q 7 3 vç -vç =0 v >0 vˆ >vˆ iç >iç v <0 vˆ <vˆ iç <iç 7 5 v vø 7 9 DC 7 3 y iç iç I normalization x v Vˇ 7 3 ai 1+e -v /Vˇ 364
1 v =0 y iç =iç =ai /2 2 iç iç complementary 3-2Vˇ<v <2Vˇ v =0 4 v "2Vˇ I v "2Vˇ Q Q v :-2Vˇ Q Q emitter coupled logic DC 365
7-1 PSPICE 7 1 DC I =250 la, VÇÇ=10 V, RÇ=20 kx 7 1 vˆ =0-1 V vˆ 1 V 7 4 y I =250 la x v /Vˇ -2 Vˇ<v <2 Vˇ v =0 iç /I =iç /I =0.5 7 1 3 differential mode gain common mode gain common mode rejection ratio CMRR 7 2 7 3 BJT MOSFET 366
v vø µ ratio 7 10 vø µ vç -vç A µ = 7 10 v v 7 1 1 vçâ vç -vç =0 Q Q vø çµ vç -vç Açµ = 7 11 vçâ vçâ 7 12 CMRR 70 80 db CMRR A µ CMRR 7 12a Açµ A µ CMRR ı 20log º 7 12b Açµ 7 5 a 7 13 R µ v i 7 13 367
7 5 b vçâ R çµ vçâ i 7 14 368
7 1 Q Q DC Iı =Iı MOSFET JFET pa bø +bø offset IØÍ DC IØÍ=»Iı -Iı» 7 15 7 6 a 0 V VØ=0 V DC DC output DC offset voltage 7 6 b DC 0 V DC DC input DC offset voltage BJT mv lv æ mismatch vçâ 7 1 vçâ Q Q upper limit lower limit I 7 2 5 7 3 4 369
7 2 BJT BJT BJT BJT 7 2 1 BJT 7 7 a vˆ =v /2 vˆ =-v /2 BJT Q Q -2Vˇ<v <2Vˇ 370
7 1 2 BJT bø"1 IÇ I vˆ =v /2 Q iç iç vˆ =-v /2 Q iç - iç IÇ I RØ V DC DC 7 7 b 7 7 b Q Q 7 7 c 7 7 c BJT rø= 7 7 d 7 7 d Q v iç=gµv p =gµ 7 16 2 v vç =-RÇiç=- gµrç 7 17 2 vç A = =-gµrç 7 18 v /2 vç -vç vç =-vç v =vˆ -vˆ vç -vç A µ= =gµrç 7 19 v Q single ended 7 18 vç gµrç A µ= =- 7 20 v 2 371
7 8 a vˆ =vˆ =vçâ RØ RØ Q iç Q iç iç IÇ I I RØ 2 iç V DC 2RØ iç 372
7 8 b 2RØ Q Q 7 8 b 7 8 c 373
7 8 c 2RØ 4 3 2 vç -børç A = = 7 21 vçâ r p +2(bø+1)RØ vçâ vç =vç vç -børç arç -RÇ Açµ= = - 7 22 vçâ r p +2(bø+1)RØ 2RØ 2RØ r p :2(bø+1)RØ a=bø/(bø+1) 1 7 22 RØ RØ vç =vç 0 7 19 7 20 7 22 BJT A µ gµrç CMRR= = Açµ RÇ =2gµRØ 7 23a 2RØ gµrç A µ 2 CMRR= = Açµ RÇ =gµrø 7 23b 2RØ CMRR BJT gµ RØ RØ Açµ CMRR CMRR 7 7 7 8 374
vˆ vˆ v =vˆ -vˆ vçâ= vˆ +vˆ 2 7 24 7 25 7 24 7 25 7 26 7 9 vˆ =vçâ+v /2 vˆ =vçâ-v /2 7 26a 7 26b 7 9 A µ vçâ vç =-A µvîâ+açµvçâ=- v - 7 27 2 CMRR A µ vçâ vç =A µvîâ+açµvçâ= v + 7 28 2 CMRR 375
vîâ=v /2 7 29 A µ vø=vç -vç =A µv =A µ(vˆ -vˆ ) 7 29 7-2 7 9 vç A µ Açµ CMRR BJT bø =bø =100 rø =rø = RÇ=15 kx I =0.6 ma RØ=50 kx VÇÇ=V =10 V I IÇŒ I BJT IÇŒ= 2 gµ= Vˇ = 2Vˇ =11.5 ma V 7 20 gµrç 11.54_10 _15_10 A µ= = =86.55 V V 2 2 bø 100 a= bø+1 = 100+1 =0.99 7 22 arç 0.99_15_10 Açµ - =- =-0.15 V V 2RØ 2_50_10 A µ 86.55 CMRR 7 23 CMRR= Açµ = 0.15 =577 CMRR ı=20log º(577)=55.22 db 7-1 7 2 A µ=86.55 CMRR ı=80 db RØæ0.87 MX 7-2 7 2 vø=vç vˆ =0.01 sinxt mv vˆ =-0.01 sinxt mv v =0.02 sinxt mv vçâ=0 vˆ =0.12 sinxt mv vˆ =0.1 sinxt mv v =0.02 sinxt mv vçâ=0.11 sinxt mv vø=0.866 mv vø=0.874 mv 376
7 2 2 7 2 1 v 7 7 c d v /2 R = =r p 7 30 i v R µ= =2r p 7 31 i 7 8 c 7 10 2RØ 7 32 4 3 2 vçâ R = =r p +(bø+1)[(2rø) rø] ( bø+1)[(2rø) rø] 7 32 i 7 10 R 7 33 RØ R çµ MX R rø R çµ= = (bø+1) RØ 7 33 2 2 377
7-3 7 2 VÅ=100 V 7 2 7 2 bø=100 gµ=11.54 ma V bø 100 r p = gµ = 11.54_10 =8.67 kx 7 31 R µ=2r p =2_8.67_10 =17.34 kx VÅ VÅ 100 BJT rø= IÇŒ = I /2 = 0.3_10 =333.33 kx 7 33 R çµ=(bø+1) RØ rø =(100+1)(50 166.67)_10 =3.88 MX 2 7 2 3 7 2 1 7 19 7 20 RÇ RÇ IC active load 378
7 11 RÇ BJT Q Q Q Q current mirror Q Q BJT 7 2 5 bø bø"1 0 v =0 I Q Q 1 2 Q I /2 Q Q 7 2 5 Q I /2 Q Q Q 0 v 7 7 d Q Q iç =gµ(v /2)=i iç =gµ(-v /2) 7 34a 7 34b Q Q i =iç 7 11 iø=i -iç =gµv 7 35 Q iç Q i Q iç iø iø=iç =gµv /2 vø=gµv Rø 7 36 Rø RÒ 7 36 Rø Rø RÒ Q Q Rø Rø =rø rø 7 37 379
7 37 7 36 gµrø vø=gµv (rø rø )= v 7 38 2 rø =rø vø rø A µ= =gµ 7 39 v 2 gµ=içœ/vˇ rø=vå/içœ IÇŒ=I /2 7 39 A µ= VÅ 2Vˇ 7 40 VÅ BJT Early voltage Vˇ 380
7 12 R µ 7 31 Rø 7 37 Gµ=gµ 7 39 7 39 7 2 5 Wilson Widlar 7 2 4 cascode 7-3 7 11 Q Q VÅ=100 V A µ=1,923 V V 7 2 4 8 5 2 7 13 a Q Q DC VıˆÅÍ Q Q 7 2 1 Q Q Q -Q Q -Q Q Q 7 13 b DC Q r a 1 381
current buffer Q 7 41 7 11 iç =aiç =agµ 7 41 Rø R Q 7 13 c Q R 7 42 R =rø r p r p 7 42 v 2 382
Rø R r p Rø =R +rø (1+gµ R ) 7 43 =r p +rø (1+gµ r p ) rø (1+bø ) 7 11 ( bø +1) 7 2 5 7 1 Q Q DC 3 BJT 1 2 coupling bypass IC IC IC constant current source BJT vç MOSFET vîí direct coupled DC IC 7 14 a 7 14 a RØ= 7 14 a 7 14 b 383
RØ 7 14 a BJT 7 15 current mirror Q Q Q Q Q Vı Q I Ï Q IØ 384
Q Q bø =bø bø Vı =Vı Vı I =I I Iı =Iı =I /(bø+1) 7 15 Q bø IÇ = I 7 44 bø+1 bø 2 bø+2 I Ï=IÇ +Iı +Iı = I + I = I 7 45 bø+1 bø+1 bø+1 bø IØ=IÇ = I 7 46 bø+1 IØ bø 1 = = 1 7 47 I Ï bø+2 1+2/bø bø"2 IØ I Ï bø=100 2% 7 47 Q Q IØ Q Q Q 7 47 Q Q VØ IØ IØ VØ Q rø rø rø 7 2 3 7 16 R VÇÇ-Vı I Ï= 7 48 R 385
bø"1 IØ VØ IØ=I Ï VØæVı Q 7-4 7 16 IØ=0.2 ma R rø= bø=100 Vı 0.7 V VÇÇ=10 V rø= bø=100 IØ I Ï 7 48 VÇÇ-Vı 10-0.7 R= = =46.5 kx I Ï 0.2_10 7-4 7 16 Q VÇı<0.5 V Q Vı 0.7 V 1.2 V IC 7 17 7 49 R 386
I Ï= VÇÇ+V - (Vı +Vı ) R 7 49 bø bø"1 Q Q Q Q I =I =I Ï 7 17 Q -Q PNP Q A current source NPN Q -Q Q B current sink Q -Q VÇ VÇÇ-Vı Q -Q VÇ æ-v +Vı A B Q -(Q Q Q ) BJT 3 (Q Q Q ) I =3I Ï C 387
7 15 Q Q Iı +Iı =2I /(bø+1) I Ï 7 46 IØ Q Q bø IØ=I Ï Q Q bø 7 18 Q Q Q Q bø Q I Iı +Iı Iı = = 7 50 bø +1 bø +1 bø =bø bø Vı =Vı Vı I =I I Iı =Iı =I /(bø+1) 7 50 bø 2 I Ï=IÇ +Iı = I + I 7 51 bø+1 ( bø +1)(bø+1) bøi 2 = [1+ ] bø+1 bø(bø +1) 7 46 IØ=IÇ =bøi /(bø+1) 7 51 I Ï IØ= I Ï 7 52 2 1+ bø(bø +1) 7 18 Q 7 15 7 47 Q Q bø IØ 2/bø 2/[bø(bø +1)] 7 18 IØ 1 = 1 7 53 I Ï 2 1+ bø(bø +1) I Ï= VÇÇ+V - (Vı +Vı ) R 7 54 388
7-5 7 16 7 18 IØ/I Ï Vı =0.7 V bø=100 R=5 kx VÇÇ=10 V V =0 V 7 16 7 47 IØ I Ï bø 100 = = =0.98 bø+2 100+2 7 18 7 53 IØ I Ï 1 1 = = =0.9998 1 1+ 2 1+ 2 bø(bø +1) 100_101 7 18 7 16 7-5 7 18 IØ=0.2 ma R rø= bø=100 Vı 0.7 V VÇÇ=10 V V =0 V R=43 kx 389
7 18 bø 7 19 Wilson 7 19 bø =bø =bø bø Iı =Iı Q 2IÇ bø+2 I =IÇ +2Iı =IÇ + = IÇ 7 55 bø bø bø bø+2 IÇ = I = IÇ 7 56 bø+1 bø+1 I Ï Q Q I Ï=IÇ +Iı =IÇ + IÇ bø 7 57 IÇ =IÇ 7 56 IÇ 7 57 bø+1 IÇ 2 I Ï= IÇ + =[1+ ]IÇ 7 58 bø+2 bø bø(bø+2) I Ï IØ=IÇ = 2 [1+ ] bø(bø+2) 7 59 7 59 IØ 1 = 1 7 60 I Ï 2 [1+ ] bø(bø+2) 7 60 7 18 7 53 bø IØ 7 15 Q VÇ ævç ßå +Vı -V 7 19 7 61 RØ børø 2 7 61 390
7 15 rø bø/2 Q Q 7 2 1 7 22 7 23 RØ CMRR 7 2 4 I Ï 7 4 7 16 I Ï=0.2 ma R=46.5 kx IC 391
7 20 Widlar 7 15 Q R Vı <Vı Q I Ï IØ<I Ï R I Ï IØ Q Q bø"1 I Ï IÇ Vı I Ï IÇ =IÍe Vı /Vˇ 7 62 Vı IØ=IÇ =IÍe Vı /Vˇ 7 63 7 62 7 63 Vı Vı I Ï Vı =Vˇln 7 64 IÍ IØ Vı =Vˇln 7 65 IÍ R V =R I R IØ I Ï =Vı -Vı =Vˇln{ } IØ R I Ï Vˇln{ } IØ R = IØ bø"1 Q VÇÇ-(-V )-Vı I Ï IÇ = R 7 66 7 67 7 68 7 69 7 15 392
RØ rø [1+gµ (r p R )] 7 69 7-6 7 20 IØ=0.2 ma R R R=15 kx bø=100 Vı =0.7 V Vˇ=26 mv VÇÇ=V =10 V VÇÇ+V -Vı 10+10-0.7 7 68 I Ï IÇ = = =1.29 ma R 15_10 I Ï 1.29_10 Vˇln 0.026_ln IØ 0.2_10 7 67 R = = =0.24 kx IØ 0.2_10 7 66 V R IØ=0.24_10 _0.2_10 =48 mv 7-6 7 20 I Ï=0.6 ma IØ=50 la R R R Vı =0.7 V Vˇ=26 mv VÇÇ=5 V V =0 V R=7.17 kx R =1.29 kx V =64.5 mv 393
7 3 MOSFET MOSFET MOSFET MOSFET 7 3 1 7 21 MOSFET NMOS M M source coupled matched IÍÍ RØ= RÎ IC 394
M M Vˇ«=Vˇ«Vˇ«gµ =gµ gµ K«=K«=K«body bias effect IÍÍ M M 1 iî = K«(v Í -Vˇ«) 7 70 2 1 iî = K«(v Í -Vˇ«) 7 71 2 K«=Cø l«(w/l) Cø l«w/l 7 70 7 71 'ßißÎ =æ K«(v Í -Vˇ«) 2 'ßßißÎ =æ K«(v Í -Vˇ«) 2 'åßißî -'ßßißÎ =æk«v 2 7 72 7 73 7 74 v v Í -v Í MOSFET 0 IÍÍ iî +iî =IÍÍ 7 75 v Í =v Í V Í IÍÍ 1 iî =iî = = K«(V Í-Vˇ«) 7 76 2 2 V Í IÍÍ/2 7 76 V Í-Vˇ«=æ IÍÍ 7 77 K«7 74 7 75 iî iî 7 77 395
IÍÍ IÍÍ v iî = v /2 + æ1-2 =IÎŒ+i 7 78 2 V Í-Vˇ«2 V Í-Vˇ«IÍÍ IÍÍ v iî = v /2 - æ1-2 =IÎŒ+i 7 79 2 V Í-Vˇ«2 V Í-Vˇ«7 78 7 79 IÍÍ/2 DC IÎŒ M i M i v i v /2:V Í-Vˇ«7 78 7 79 IÍÍ IÍÍ v iî + 7 80 2 V Í-Vˇ«2 IÍÍ IÍÍ v iî - 7 81 2 V Í-Vˇ«2 7 77 7 80 7 81 IÍÍ v iî +øπk«iµíí =IÎŒ+i 7 82 2 2 IÍÍ v iî -øπk«iµíí =IÎŒ+i 7 83 2 2 IÎŒ=IÍÍ/2 7 84 i gµ =øπk«iµíí =øπ2k«iµîœ 7 84 v /2 æ æ v :2 (V Í-Vˇ «) i =gµ v 2 7 85 v i iî =IÍÍ iî =0 iî =0 iî =IÍÍ v µå 7 80 7 81 7 82 7 83 v µå ( V Í-Vˇ«)=æ IÍÍ 7 86 K«396
7 22 7 82 7 83 v iî iî x v /(V Í-Vˇ«) y iî/iíí 7 22 7 82 7 83 v =0 iî =iî =IÍÍ/2 v M M v M M 7 86 v µå iî =IÍÍ iî =0 iî =0 iî =IÍÍ 7 23 a vˆ =v /2 vˆ = -v /2 vˆ =v /2 M i gµv /2 vˆ =-v /2 M i -gµv /2 MOSFET 0 DC 7 23 b 7 23 b M M 7 23 c 397
7 23 c rø= 7 23 d 7 87 i =gµv ß=gµ v 2 7 87 gµrî v =-RÎi =- v 7.88) 2 398
v A = =-gµrî 7 89 v /2 v -v v v -v A µ= =gµrî=øπk«iµíí RÎ 7 90 v M M single ended 7 89 v gµrî øπk«iµíí A µ= =- =- RÎ 7 91 v 2 2 MOSFET BJT gµ MOSFET 7 2 BJT 7 24 a vˆ =vˆ =vçâ RØ M iî M iî iî MOSFET 0 IÍÍ RØ 2 iî VÍ DC 2RØ iî 7 24 b 2RØ M M 7 24 b 7 24 c 7 24 c 2RØ 7 92 399
v -gµrî Açµ= = 7 92 vçâ 1+2gµRØ 7 92 MOSFET RØ 7 2 1 BJT RØ vçâ v -v =0 0 400
7 90 7 91 7 92 A µ gµrî CMRR= = Açµ gµrî =1+2gµRØ 7 93a 1+2gµRØ gµrî A µ 1+2gµRØ CMRR= = 2 = Açµ gµrî 2 7 93b 1+2gµRØ CMRR MOSFET gµ RØ RØ Açµ 0 CMRR CMRR 7-7 7 21 MOSFET v A µ Açµ CMRR MOSFET K«=K«=0.5 ma V Vˇ«=Vˇ«=1 V rø =rø = RÎ=15 kx IÍÍ=0.5 ma RØ=150 kx MOSFET gµ=øπk«iµíí =ø0π.5_π10 π _0.π5_1µ0µ =0.5 ma V 7 91 gµrî 0.5_10 _15_10 A µ=- =- =-3.75 V V 2 2 7 92 -gµrî 0.5_10 _15_10 Açµ= =- =-49.67_10 V V 1+2gµRØ 1+2_0.5_10 _150_10 A µ 3.75 CMRR CMRR= = =75.50 Açµ 49.67_10 CMRR ı=20log º(75.5)=37.56 db 401
7-7 7 7 A µ=-3.75 CMRR ı=80 db RØæ20 MX 7 3 2 MOSFET MOSFET 7 2 2 BJT R =2r p kx 7 3 3 7 3 1 7 90 7 91 RÎ RÎ IC 7 25 a RÎ N MOSFET M M P MOSFET M M M M MOSFET 7 3 4 0 v =0 IÍÍ M M 1 2 M IÍÍ/2 M M 7 3 4 M IÍÍ/2 M M M 0 v M M IÍÍ IÍÍ v iî = +i = +gµ 7 94a 2 2 2 402
IÍÍ IÍÍ v iî = +i = -gµ 7 94b 2 2 2 MOSFET 0 iî =iî M M iî =iî 7 95 7 25 a iî =iî =iî 7 95 7 25 b 7 94 7 95 v v iø=i -i =gµ -{-gµ }=gµv 7 96 2 2 M i M i M i iø iø=-i =gµv /2 7 25 c 7 25 d M M vø=gµv Rø 7 97 Rø RÒ 7 97 Rø Rø RÒ M M Rø Rø =rø rø 7 98 7 98 7 97 vø=gµ(rø rø )v 7 99 MOSFET gµ=øπk«iµíí rø=1/(kiîœ) IÎŒ=IÍÍ/2 7 99 vø 2 A µ= =gµ(rø rø )= æ IÍÍ 7 100 v k +k K«403
M M 7 3 4 7 100 404
7-8 7 25 MOSFET MOSFET K«=0.5 ma V k =0.01 V k =0.015 V IÍÍ=0.5 ma A µ=80 V V 7 3 4 7 21 MOSFET M M DC IÍÍ 7 2 5 BJT IC MOSFET 7 26 MOSFET M M V Í M I Ï M IØ M M Vˇ«=Vˇ«=Vˇ«k=0 M 1 IÎ = K«(V Í-Vˇ«) =I Ï 7 101 2 K«=(Cø l«)(w/l) (W/L) M ratio Cø l«iø M 1 IØ=IÎ = K«(V Í-Vˇ«) 7 102 2 K«=(Cø l«)(w/l) (W/L) M 7 101 M M V Í=Vˇ«+æ 2I Ï æ 7 103 K«7 103 7 102 405
K«(W/L) IØ= I Ï= I Ï 7 104 K«(W/L) I Ï M M 7 104 IØ K«(W/L) = = 7 105 I Ï K«(W/L) M M Cø (W/L) =(W/L) IØ=I Ï k =k k MOSFET 7 101 7 102 1 IÎ =I Ï= K«(V Í-Vˇ«) (1+kVÎÍ ) 7 106 2 1 IÎ =IØ= K«(V Í-Vˇ«) (1+kVÎÍ ) 7 107 2 7 105 IØ K«(W/L) (1+kVÎÍ ) = = 7 108 I Ï K«(W/L) (1+kVÎÍ ) 7 26 diø 1 RØ={ }- 1 = =rø 7 109 dvîí kiø M 7 26 M VØæ( V Í-Vˇ«)-VÍÍ 7 110 406
7-8 7 26 I Ï 7 27 M I Ï=0.2 ma IØ=0.1 ma M VÎÍ ßå =0.8 V W/L Vˇ«=1 V k=0 k'«=60 la V VÎÎ=5 V VÍÍ=0 V K«=k'«(W/L) VÎÍ ßå =V Í-Vˇ«M M V Í=VÎÍ ßå +Vˇ«=0.8+1=1.8 V 1 W 7 102 IØ=IÎ = k'«{ }@( V Í-Vˇ«) 2 L W 2IØ 2_0.1_10 { }@= = =5.21 L k'«(v Í-Vˇ «) 60_10 fl _(1.8-1) 1 W I Ï=IÎ = k'«{ }!( V Í-Vˇ«) 2 L W 2I Ï 2_0.2_10 { }!= = =10.42 L k'«(v Í-Vˇ «) 60_10 fl _(1.8-1) 1 W V Í =VÎÎ-V Í=5-1.8=3.2 V I Ï= k'«{ }#( V Í -Vˇ«) 2 L W 2I Ï 2_0.2_10 { }#= = =1.38 L k'«(v Í -Vˇ«) 60_10 fl _(3.2-1) 407
7-9 7 27 k =0.01 V IØ=0.1 ma RØ=1 MX 7 3 1 7 92 RØ RØ 7 28 a 7 26 M M I Ï I Ï 7 27 MOSFET 7 28 a M M DC 7 28 b 7 28 c M rø M M KCL V -(-V ß ) I =gµ V ß + 7 111 rø V ß =-rø I 7 112 408
7 112 7 111 V RØ= =rø +rø (1+gµ rø ) gµ rø rø 7 113 I gµ rø "1 7 26 rø gµ rø 20 100 409
7 28 7 26 7 28 V Í M V =2V Í-VÍÍ M M 7 114 7 110 V Í VØæ( 2V Í-Vˇ«)-VÍÍ 7 114 7-10 7 28 k =k =0.01 V gµ =0.5 ma V IØ=0.1 ma RØ=502 MX MOSFET 7 29 a Wilson 410
7 28 a 7 29 a M M VÎÍ k IØ/I Ï 7 29 b M M M M 7 29 a 7 114 7 26 7 4 4 6 CE CC CB BJT CS CD CG MOSFET CE CC CD 1 CB CG cascade multi stage CE CS 411
7 1 2 2 7 30 R 1 2 7 4 1 7 31 a CE 2 rø= 7 31 b Q r V p = p Vß 7 115 RÍ+r p Q Q -bø RÒ V p =-gµ V p RÒ = Vß 7 116 RÍ+r p Q RÒ =RÇ R =RÇ r p bø =gµ r p R'Ò=RÇ RÒ -bø RÒ Vø=-gµ V p R'Ò= (-gµ R'Ò)Vß 7 117 RÍ+r p 412
7 118 Vø -bø RÒ A = = (-gµ R'Ò)=A A 7 118 Vß RÍ+r p 1 A =-bø RÒ /(RÍ+r p ) RÒ =RÇ r p 2 r p 413
7 118 Vø bø A = = [gµ (RÇ r p )R'Ò] 7 119 Vß RÍ+r p -bø RÇ -bø R'Ò = =A' A' RÍ+r p RÇ +r p A' =-bø RÇ /(RÍ+r p ) 1 A' =-bø R'Ò/(RÇ +r p ) 2 7 118 A A 7 119 A' A' A' A' 2 1 1 Rø =RÇ 2 2 7 118 7 119 1 R =r p 7 120 2 Rø=RÇ 7 121 7-11 7 31 RÍ=0.2 kx RÇ =1 kx RÇ =2 kx RÒ=6 kx bø =bø =100 r p =r p =1.0 kx A =6,250 V V 7 4 2 7 32 a CE CB cascode rø= 7 32 b Q KCL 1 bø +1 gµ V p ={gµ + }V p = V p 7 122 r p r p 414
7 122 Q V p =Vß gµ r V p = p gµ r V p = p Vß 7 123 bø +1 bø +1 Vø=-gµ V p R'Ò 7 124 415
R'Ò=RÇ RÒ 7 123 7 124 Vø bø A = =-gµ { }R'Ò -gµ R'Ò 7 125 Vß bø +1 7 125 R'Ò CE CE CB CE 7 32 a CE CB CB 1 CE R =r p CE CE CB R =r CE RÇ CE CE 8 5 2 7 33 a CS CG MOSFET CG M 7 33 b Vø=-gµ V ß RÎ=-gµ V ß RÎ 7 126 V ß =Vß 7 127 CS Vø A = =-gµ RÎ 7 127 V CS CG BJT CS 416
7-12 7 33 MOSFET M IÎŒ =IÎŒ =0.4 ma K«=K«=1 ma V k =k =0 RÎ=3 kx gµ =0.89 ma V A =-2.67 V V 417
7-13 7 32 BJT RÇ=7.5 kx RÒ=2 kx bø =bø =100 gµ =gµ =20 ma V rø =rø = A =-31.27 V V 7 4 3 7 34 CC CC Darlington pair 7 34 Q Q Q Q compound transistor I BJT Q i =(bø +1)iı 7 128 i =iı Q iç =bø iı =bø (bø +1)iı 7 129 iç=iç +iç =[bø +bø (bø +1)]iı 7 130 iç bî = =bø +(bø +1)bø bø bø 7 131 iı bø =bø bø bø"1 bî b ø 7 132 418
7 35 CC CE 4 CC 1 CC CE A =A A A 7 133 A 1 CE CC A CE CC CE CC R =(R R ) [r p +(bø +1)R ] 7 134 CE r p CC CE CE CE CC CC CE CE Rø=RÇ 419
7 36 CE CC CC 1 CE CE CC A =A A A 7 135 A CC CE A 1 CC CE CC CE R =(R R ) r p 7 136 CC Rø= RÇ +r p bø +1 7 137 CE CE CC 420
7 37 a CS M CD M MOSFET R R M M M 7 37 b Vø=gµ V ß (RÍ RÒ ) 7 138 M V ß =-gµ V ß RÎ -Vø 7 139 7 139 7 138 R'Ò=RÍ RÒ (gµ RÎ )(gµ R'Ò) Vø=- V ß 7 140 1+gµ R'Ò M R =R R R V ß = Vß 7 141 RÍ +R 7 141 7 140 421
Vø Vß R RÍ +R gµ R'Ò 1+gµ R'Ò A = =(-gµ RÎ ){ }{ } 7 142 A =gµ R'Ò/(1+gµ R'Ò) CS CD CS CD CD 6 4 1 1 RØ= RÍ 7 143 gµ gµ CS CD 422
7 4 4 7 38 BJT Q Q Q Q R 7 2 5 Widlar Q Q Q 7 2 5 Q Q Q Q Qª 7 35 CC CE Q Q º R CC CE Q Q push pull RÒ CC 1 10 4 10 5 Q Qª CC CE 3 423
7 5 8 X 0.1 W 7 39 CC CE CE 8 X CC 10 mv RÍ=10 kx 7 6 difference emitter coupled differential pair source coupled differential pair constant current source active load v =0 0 v =0 424
iç iç complementary -2Vˇ<v <2Vˇ v =0 v "2Vˇ differential mode gain common mode gain common mode rejection ratio CMRR A µ A µ CMRR CMRR ı 20log º Açµ Açµ vçâ 0 V DC vç -vç A µ= =gµrç v vç gµrç A µ= = v 2 arç Açµ 2RØ A µ CMRR= =gµrø Açµ RØ RØ CMRR R µ=2r p 425
v -v A µ= =gµrî=øπk«iµíí RÎ v v gµrî øπk«iµíí A µ= =- =- RÎ v 2 2 v -gµrî Açµ= = vçâ 1+2gµRØ A µ 1+2gµRØ 1 CMRR= = = (1+2RØøπK«IµÍÍ ) Açµ 2 2 RØ RØ CMRR active load CE CB CS CG IC cascade 2 2 1 loading effect 426
Chapter_07 7 7 a I =1.2 ma a A µ b Açµ c CMRR I RØ=40 kx RÇ=12 kx BJT bø=100 VÅ= 7 7 a vˆ =vˆ =vçâ=10 sinxt mv I a RØ=40 kx b RØ=200 kx RØ A µ=50 CMRR=70 db vˆ =200 lv vˆ =160 lv Açµ>0 7 40 R µ R çµ R =38.6 kx bø=100 VÅ=100 V Vı [ø«]=0.7 V VÇÇ=V =10 V 427
I Chapter_ 07 7 41 R a A µ b R µ 7 41 a R =0.5 kx b R =0 A µ R µ R I =1.2 ma I RØ=40 kx RÇ=12 kx BJT bø=100 VÅ= 428
IT COOKBOOK I 7 42 RÇ R mismatch vø=vç -vç A µ Açµ BJT VÅ= 7 42 R RÇ 1% a vø=vç -vç A µ Açµ CMRR b R=0 R BJT bø=100 Vı [ø«]=0.7 V VÅ= RÇ=50 kx R =75 kx VÇÇ=V =10 V 429
I Chapter_ 07 7 43 BJT gµ gµ mismatch vø=vç -vç A µ Açµ BJT VÅ= 7 43 gµ gµ 1% a vø=vç -vç A µ Açµ CMRR b gµ=0 gµ BJT bø=100 Vı [ø«]=0.7 V VÅ= RÇ=50 kx R =75 kx VÇÇ=V =10 V 430
IT COOKBOOK I 7 44 RÇ=40 kx VÇÇ=V =10 V a I =0.5 ma IŒ=200 la R R b IŒ Açµ R µ Q Q VÅ= Q Q VÅ=100 V bø=200 7 11 a b RÒ=1 MX I =100 la BJT bø=120 VÅ=150 V 431
I Chapter_ 07 7 45 a b vø/v I =100 la BJT bø=100 VÅ=100 V 7 17 I Ï=200 la R I I I VÇÇ=V =5 V BJT Vı [ø«]=v ı[ø«]=0.7 V 7 19 Rø bø rø /2 BJT r p r r gµr 1 432
IT COOKBOOK I 7 20 RØ rø [1+gµ (r p R )] Q Rø r p gµ"1/rø 7 46 RÎ R mismatch vø=vî -vî A µ Açµ MOSFET k=0 7 46 R RÎ 1% a vø=vî -vî A µ Açµ CMRR b R=0 R MOSFET K«=0.2 ma V k=0 Vˇ«=1 V RÎ=50 kx RÍ=60 kx VÎÎ=VÍÍ=10 V 433
I Chapter_ 07 7 47 MOSFET gµ gµ mismatch vø=vî -vî A µ Açµ MOSFET k=0 7 48 gµ gµ 1% a vø=vî -vî A µ Açµ CMRR b gµ=0 gµ MOSFET K«=0.2 ma V k=0 Vˇ«=1 V RÎ=50 kx RÍ=60 kx VÎÎ=VÍÍ=10 V 7 24 a M M vçâ IÍÍ=0.5 ma RÎ=7.5 kx VÎÎ=VÍÍ=10 V MOSFET Vˇ«=0.8 V K«=0.2 ma V k=0 434
IT COOKBOOK I 7 48 a IŒ b A µ c Açµ d CMRR RÎ=15 kx R =30 kx MOSFET Vˇ«=1.0 V K«=K«=0.3 ma V K«=K«= 0.4 ma V k =k =k =0 k =0.01 V VÎÎ=10 V 7 25 a MOSFET IÍÍ=200 la a A µ b Rø MOSFET K«=Kπ=1 ma V k =k =0.02 V VÎÎ=5 V 435
I Chapter_ 07 7 49 I Ï IØ VÎÍ ßå MOSFET Vˇ«=0.5 V K«=1.0 ma V k=0 R=12 kx VÎÎ=3.3 V 7 50 RØ 7 28 a MOSFET k=0.01 V gµ=0.5 ma V IØ I Ï=0.4 ma 7 35 CC CE a Q A b Q A c A =A A R =400 kx R =600 kx R =155 kx R =15 kx R =5 kx RÇ =2.0 kx Rß=0 VÇÇ=10 V BJT bø =bø =180 Vı [ø«]=vı [ø«]=0.7 V VÅ =VÅ = 436
IT COOKBOOK I 7 36 CE CC a Q A b Q A c A =A A R =600 kx R =100 kx R =50 kx R =70 kx RÇ =10 kx R =1 kx R =1.5 kx Rß=0 VÇÇ=12 V BJT bø =bø =180 Vı [ø«]=vı [ø«] =0.7 V VÅ =VÅ = 7 37 a CS CD MOSFET IÎ =0.25 ma IÎ =0.6 ma Vˇ«=Vˇ«=1.0 V K«=0.5 ma V K«=0.3 ma V k =k =0 R =380 kx R =120 kx RÎ =16 kx RÍ =3.3 kx RÍ =8 kx RÒ=5 kx Rß =2 kx VÎÎ=-VÍÍ=5 V 7 51 a Q Q IÇ IÇ VÇ VÇ b A =vø/vß R =620 kx R =280 kx RÇ=2.2 kx R =1 kx VÇÇ=10 V BJT bø =100 bø =160 Vı [ø«]=vı [ø«]=0.7 V VÅ = VÅ = 437
I Chapter_ 07 7 52 a vˆ =vˆ =0 BJT IÇ VÇ b BJT r p gµ c vø=a vˆ +A vˆ A A d e I =1 ma VÇÇ=V =5 V RÇ=10 kx R =2 kx BJT Q Q bø=100 438