Análisis del amplificador de retroalimentación de derivación en serie - Búsqueda de ganancia de bucle

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Así que estoy tratando de resolver un problema que encontré en un libro de texto (no diré cuál para que la gente no pueda usarlo para hacer trampa en su hw) y no he podido llegar a la respuesta encontrada en el Apéndice. Tenga en cuenta que esto no es un problema de tarea, me gradué de la universidad el año pasado y solo revisé para mi propio beneficio, por lo que puedo terminar un controlador MPPT analógico que estoy diseñando.

El problema:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Supongamos que cada mosfet en la figura anterior está sesgada, por lo que gm = 4mA / V y que el ro de cada mosfet puede ignorarse. Encuentre la ganancia de bucle AB asumiendo que el valor para RF es 900 Ohmios (el valor que calculé para hacer que la ganancia de bucle cerrado idealmente (1 / B) 10V / V en la primera parte del problema, que es correcto)

Mi intento de respuesta
Utilicé el método de prueba de voltaje, donde se realiza una interrupción en el circuito de retroalimentación y se aplica un voltaje de prueba y luego se mide en el otro extremo con el modelo t para Mosfets:
$$ I_ {o} = g_ {m} V_ {T} $$ $$ I_ {D1} = I_ {F} \ frac {R_ {S1}} {R_ {S1} + 1 / g_ {m}} $ PS $$ I_ {F} = I_ {o} \ frac {R_ {S2}} {R_ {S2} + R_ {F} + R_ {S1} || 1 / g_ {m}} $$ $$ I_ {D1} = \ frac {g_ {m} V_ {T} R_ {S2}} {R_ {S2} + R_ {F} + R_ {S1} || 1 / g_ {m}} \ cdot \ frac {R_ {S1}} {R_ {S1} + 1 / g_ {m}} $$

Tensión de salida de M1: $$ V_ {o1} = I_ {D1} R_ {D1} $$ Voltaje en el extremo opuesto donde se interrumpió el bucle de realimentación: $$ V_ {r} = -g_ {m} V_ {o1} R_ {D2} = -g_ {m} I_ {D1} R_ {D1} R_ {D2} $$

Ganancia de bucle (donde Vt es voltaje de prueba): $$ A \ beta = - \ frac {V_ {r}} {V_ {T}} $$ $$ A \ beta = \ frac {g_ {m} ^ {2} R_ {D1} R_ {D2} R_ {S1} R_ {S2}} {R_ {S2} + R_ {F} + R_ {S1} | | 1 / g_ {m} \ cdot (R_ {S1} + 1 / g_ {m})} $$

Sin embargo, esto me da una respuesta incorrecta, el valor para la ganancia de bucle debería ser 31.33 según el apéndice.

Debo estar haciendo algo mal al calcular la ganancia de voltaje de cada etapa, pero no he podido envolver mi cabeza alrededor de eso. Cualquier información sobre cómo abordar el problema y algunos antecedentes que podría faltar serían muy apreciados. Supongo que estoy un poco oxidado en mi teoría de circuitos ...

    
pregunta Alexander Villa

3 respuestas

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Su circuito tiene retroalimentación de la serie de voltaje (Series-Shunt). Entonces, podemos dibujar este circuito equivalente:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

La ganancia de voltaje en bucle abierto \ $ A_ {OL} \ $ se puede encontrar por inspección:

\ $ M_1 \ $ la ganancia de voltaje es:

$$ \ frac {R_ {D1}} {R_ {S1} || R_F + \ frac {1} {g_ {m1}}} \ approx 29.41 $$

\ $ M_2 \ $ ganancia de voltaje:

$$ \ frac {R_ {D1}} {\ frac {1} {g_ {m2}}} = \ frac {10k \ Omega} {250 \ Omega} = 40 $$

Y \ $ M_3 \ $ ganancia de voltaje:

$$ \ frac {\ left (R_ {F} + R_ {S1} \ right) || R_ {S2}} {\ frac {1} {g_ {m3}} + \ left (R_ {F} + R_ {S1} \ derecha) || R_ {S2}} \ approx 0.267 $$

Por lo tanto, la ganancia de voltaje en bucle abierto es:

$$ A_ {OL} \ approx 314 $$

El factor de retroalimentación

$$ \ beta = \ frac {V_ {S1}} {V_O} = \ frac {R_ {S1}} {R_ {S1} + R_F} = 0.1 $$

Y finalmente la ganancia de bucle:

$$ A_ {OL} \, \ beta = 314 * 0.1 = 31.4 $$

Y la ganancia de bucle cerrado

$$ A_ {CL} = \ frac {A_ {OL}} {1 + A_ {OL} \, \ beta} \ approx 9.69 $$

    
respondido por el G36
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No tengo tiempo para escribir una respuesta más completa en este momento. De todos modos, la última ecuación debe ser incorrecta, ya que las dimensiones no coinciden.

Aβ debe ser un número puro, ya que es una relación entre dos voltajes, mientras que tienes unidades inconsistentes en la relación en el lado derecho.

De hecho, en el numerador tienes \ $ \ Omega ^ 2 \ $, mientras que en el denominador tienes una discrepancia: agregas \ $ \ Omega \ $ a \ $ \ Omega ^ 2 \ $. Por lo tanto, hay un error en las matemáticas que conducen a ese denominador (suponiendo que el numerador sea correcto, debe tener \ $ \ Omega ^ 2 \ $ como unidad, en el denominador).

Es hora de verificar tus matemáticas entre tus pasajes algebraicos.

    
respondido por el Lorenzo Donati
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Su ganancia de tensión directa (proporcionada por M1 y M2) es superior a 1.000. La resistencia más a la derecha es simplemente un divisor de voltaje que reduce la ganancia de 1.000 de M3 a algo < 1.000. Una vez más, la ganancia a futuro es superior a 1.000.

El feedback es 10: 1, por lo que la ganancia es de 20dB.

Por cierto, asumo que estos 3 son NFETs. Prefiero la nomenclatura de burbujas en los símbolos FET.

    
respondido por el analogsystemsrf

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