MOSFET Cascode: explicación intuitiva

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¿Cómo se puede explicar (no calcular) un código de casura MOSFET de manera intuitiva?

Especialmente me gustaría saber por qué su resistencia de salida es alta y por qué la tensión de drenaje del MOSFET M2 inferior está estabilizada, es decir, cambia muy poco cuando se cambia la tensión de salida (Out).

¿Sería esta una explicación correcta?

  1. El voltaje VG2 determina la corriente que va al drenaje de M2. Esta corriente tiene que ser la misma para M1.
  2. El voltaje de la fuente de la puerta de M1 (= VG1 - voltaje de drenaje de M2) se ajusta de manera que la corriente de drenaje de M1 sea igual a la corriente de drenaje de M2.
  3. Si se cambia el voltaje de salida (Out), la corriente de drenaje de M1 cambiaría debido a la modulación de la longitud del canal de M1. Pero como la corriente de M1 tiene que ser la misma que la de M2, la tensión de drenaje de M2 (y, por lo tanto, la tensión de fuente-fuente de M2) cambia de modo que las corrientes vuelvan a ser iguales. Y este cambio es muy pequeño porque la curva I_drain (U_drain_source) de un MOSFET es relativamente plana y la curva I_drain (U_Gate_Source) de un MOSFET es muy pronunciada. Por lo tanto, un gran cambio de la tensión de salida provoca un cambio muy pequeño de la tensión de drenaje de M2 (la tensión se estabiliza aquí). Por lo tanto, la corriente no cambia mucho y la resistencia de salida del código de caja es muy alta.
pregunta Jo123

1 respuesta

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Para responder a esta pregunta, intentaré construir el circuito anterior que tiene paso a paso y explicar de manera intuitiva en cada paso. Tomaré N-MOSFET por simplicidad.

Si tomamos un transistor simple (operando en saturación), es una fuente de corriente. Por lo tanto, en condiciones ideales a la saturación, la corriente de drenaje no debería depender de Uds, pero debido a la modulación de la longitud del canal, existe una pequeña dependencia de la corriente de drenaje en Uds. Básicamente, la conexión de cascode anterior (en cuestión) trata de minimizar la fluctuación de voltaje en el terminal de drenaje M2. Esto se denomina "efecto de blindaje" y es responsable de la alta resistencia de salida de la estructura del código de casado.

Ahora, si consideramos una fuente de corriente Widlar simple como se muestra a continuación,

Este circuito normalmente tiene una alta impedancia de salida debido a la conexión de realimentación. Comprender este circuito de forma intuitiva ayudará a comprender las cascadas.

Operación: En este circuito, si provocamos un salto de voltaje en el terminal de drenaje, el salto de voltaje visto en la resistencia (terminal de origen) es muy bajo.

Esto se debe a que:

  1. A medida que aumentamos Vout, Id aumenta.
  2. Cuanta más corriente cause más caída de voltaje en R.
  3. Por lo tanto, la fuente potencial aumenta y Ugs disminuye.
  4. Como Ugs ha disminuido, por lo tanto, la identificación también disminuye.
  5. Por lo tanto, la corriente se reduce de nuevo causando la misma caída de voltaje en R que estaba presente antes. (más o menos igual)

La resistencia de salida también se incrementa como vimos en la explicación anterior. Debido a que es una conexión de retroalimentación (Serie-Serie), la resistencia de salida también se puede calcular fácilmente y aumentar dramáticamente por un factor de ganancia intrínseca (gmRds).

La estructura anterior también puede verse como un transistor de puerta común porque la puerta es común entre la entrada y la salida.

Ahora en la estructura de cascode en la pregunta, es un Cascode Common-Source y Common-Gate. La resistencia de salida vista en el terminal de drenaje de M2 es Rds del transistor M2. Entonces, aplicando la misma analogía que analizamos en la fuente de corriente de widlar, la fluctuación en el terminal de salida es menor en el terminal de drenaje de M2 debido al transistor M1. Esto se denomina propiedad de blindaje y, por lo tanto, alta resistencia de salida. Espero que esto ayude.

    
respondido por el sundar

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