Calcular la función de transferencia del circuito amplificador de transconductancia

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¿Cómo puedo modelar / calcular el comportamiento de Vin a Iout del siguiente circuito? (Los créditos de la imagen van a Analog Devices):

Esencialmente,estoyinteresadoenlarespuestadeseñalgrande,comounpasoenVin.

Usandoelesquemaestándarparasistemasdecontrolderetroalimentacióndeunsolobucle,pudecalcular\$\rmV1/V_{IN}\$,obteniendo\$\rmI_{OUT}\$de\$\rmV1\$significaluegosimplementeusandolaleydeOhm.

Dosproblemasaquí:

  1. Lafuncióndetransferenciadebetomarlaforma$$T(s)=\frac{\rm{A_0}}{1+\rm{A_0}B(s)},$$

    con\$\rm{A_0}\$siendolagananciadebucleabiertodelopamp.Sinembargo,mepreguntocómoobtener\$\rmB(s)\$,queesesencialmentelafuncióndetransferenciadesdelapuertaMOSFETasufuente.

  2. DadoqueelMOSFETesclaramentenolineal,tambiénasumoquelafuncióndetransferenciaessolounainformaciónútilparaundeterminadopuntodepolarizacióndeCCenlapuertaconunasuperposicióndevariacionesdeseñaldeCAmuypequeñas.

Sí,puedosimularelcomportamientomuyfácilmenteusandoalgúnprogramadeespecias,peroalmenosmegustaríacompararlosresultadosdelasimulaciónconalgunasoluciónanalítica.Entonces:¿Algunaideasobrecómoobteneruna"función de transferencia de señal grande" que sea válida durante el paso de voltaje de entrada?

    
pregunta Junius

3 respuestas

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vea corrección en la última línea:

    
  

No sé si está solicitando los siguientes análisis. Sin embargo, aquí viene:

gm = Transconductancia del transistor; Vo = voltaje de salida opamp; Acl = ganancia de lazo cerrado opamp; k = factor de retroalimentación

Iout = VGS * gm

VGS = Vo-V1

V1 = Iout * R1

Vo = Vin * Acl

Acl = Ao / (1 + kAo)

k = gmR1 / (1 + gmR1) > > seguidor de la fuente

Esto da (para infinito Ao): Acl = (1 + gmR1) / gm * R1 .

Ahora puede combinar todas las ecuaciones, comenzando en la parte superior (simplemente inserte las expresiones siguientes):

El resultado es: Iout=Vin/R1

EDIT : En el caso de que se tenga en cuenta la ganancia real y dependiente de la frecuencia Ao (s), se llega a la siguiente expresión (el mismo conjunto de ecuaciones, sin embargo, sin establecer Ao en infinito):

CORRECCIÓN: Se produjo un error de cálculo (faltaba 1 / g en el denominador)

Iout = Vin / [R1 + (R1 + 1 / gm) / Ao (s)] = Ao (s) Vin / [1 / gm + R1 + R1 * Ao (s)]

T (s) = Iout / Vin = Ao (s) / [1 / gm + R1 + Ao (s) * R1]

    
respondido por el LvW
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La función de transferencia y ganancia de bucle abierto del MOSFET se puede ignorar si sigues las reglas básicas para el sesgo de DC.

  • para (RdsON + R1) * Iout < Vo < Vcc (Vo es voltaje de disipador de corriente)
  • para Vgs > Vth para el umbral de puerta Vth
  • OpAmp-out oscila de Vgs (+ Iout * R1) a Vcc anterior (por Vgs)
  • para R1 < < RdsOn para dar más ganancia y oscilación de voltaje en MOSFET
  • para Vin = 0 a Vmax (AC con DC offset = Vpk)

Luego, obtienes un rango de oferta completo para Iout

  • limitado solo por la fuente de alimentación y el amplificador operacional para impulsar la compuerta y RdsOn y el disipador de calor para disipar Vds * Iout
  

Iout = Vin / R1 y no tiene nada que ver con Av, RdsOn, Vth, etc.

  • sin embargo, el ancho de banda dependerá de los GBW de OA.
respondido por el Tony EE rocketscientist
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La función de transferencia de mosfet Vs / Vg estará muy cerca de 1. Esto se cumplirá siempre y cuando no corras el circuito hasta el punto en el que el fet u opamp esté saturado o cortado. Hay condensadores en el modelo fet Cgs, Cgd y algunos otros que le darían S términos. Si puede ignorar los términos de frecuencia del amplificador, probablemente también puede ignorar los capacitores fet.

Una de las mejores cosas de la retroalimentación es que reduce el efecto de la no linealidad. Entonces, asumamos que durante la respuesta al escalón, la ganancia del fet cambió de 1 a 0.9. La gran ganancia del opamp va a forzar la salida a casi el mismo valor en cualquier caso. El cambio del 10% en la ganancia apenas se notará.

    
respondido por el owg60

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