Resistencia de salida del circuito MOSFET

Estoy tratando de encontrar la resistencia de salida. R o tu t de este circuito que consta de 3 MOSFET tipo n.

Se da que los 3 MOSFET tienen gramo metro = 4 metro A / V 2 y resistencia de salida R o = 100 k Ω .

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Las respuestas dadas a la pregunta son usar un circuito equivalente de pequeña señal y luego simplemente usar R o tu t = R 4 + R o = 100.09 k Ω

El método que usé fue diferente pero también usa un equivalente de pequeña señal. Mi trabajo se muestra a continuación y obtengo una respuesta de 136.09 k Ω

El circuito MOSFET equivalente tiene una fuente de corriente dependiente del voltaje. Siempre me enseñaron que para encontrar la resistencia efectiva cuando está presente una fuente dependiente, no puede simplemente agregar/derivar resistencias juntas, debe 'excitar' el circuito con una fuente de voltaje/corriente y medir la corriente/voltaje resultante de esa fuente

Una explicación rápida de mi método: primero configuro el voltaje de entrada en cero y 'excito' el circuito con una fuente de 1A entre VDD y el drenaje del tercer MOSFET, ya que aquí es donde apunta la flecha R_out. Los primeros dos MOSFET no hacen nada y luego R_out es igual al voltaje a través de la fuente 1A dividido por 1A, que es solo el voltaje en el tercer drenaje MOSFET. Luego solo hago un análisis nodal en los nodos de drenaje y fuente para encontrar el voltaje de drenaje. Nota: accidentalmente escribí R_out como R_o en mi trabajo.

También simulé mi circuito en PSPICE, lo que resultó en el mismo voltaje de drenaje que en mi respuesta.

¿Qué respuesta es correcta y si me equivoco, dónde me equivoco? Gracias por cualquier ayuda.ingrese la descripción de la imagen aquí

Simplemente sumar Rout y R4 es realmente incorrecto , ya que ignora el hecho de que el Vgs del NMOS no es constante. La corriente de salida (cambio) fluirá a través de R4 y, por lo tanto, cambiará Vgs, lo que debe tenerse en cuenta. Pregúntele a quien afirmó que agregar los valores de resistencia está bien, si eso todavía está bien cuando R4 tiene un valor mucho más alto, como 100 kohm.
Sí, y eso tiene mucho sentido. La persona que simplemente agrega resistencias es mi profesor, quien ha cometido errores constantemente a lo largo de este semestre. Esta era una pregunta en nuestra tarea, así que quería aclarar quién estaba equivocado. Gracias por tu ayuda
mi profesor que ha cometido errores constantemente ¡Ay! Eso es malo, el disertante debe apropiarse de lo que enseña o no enseñarlo. Felicitaciones a usted por no aceptar ciegamente la respuesta del disertante sino por encontrar la suya propia. ¡Sigue haciéndolo!
La ruta será CERO, porque ese nodo también es VDD.
@analogsystemsrf es correcto, sería más claro si hubiera una fuente de corriente continua entre la salida y Vdd. Luego, la corriente continua fluye, lo que hace que el NMOS esté sesgado (por lo que gm no es cero) y la impedancia que se ve es solo del circuito. ¿Quizás otro descuido de su profesor quizás?
@analogsystemsrf Aunque tendría razón si estuviéramos hablando de la impedancia en el nodo, eso es conceptualmente incorrecto dada la notación utilizada. La ruta se especifica claramente como la impedancia vista en la dirección de la flecha, que no incluye Vdd.
Y eso también es correcto, ya que podemos determinar Rout de dos maneras: empujando una pequeña señal de corriente hacia el drenaje y determinando el voltaje resultante o agregando una pequeña fuente de voltaje de señal entre el drenaje y VDD y determinando la pequeña señal de corriente resultante.
@Bimpelrekkie En una representación de circuito de señal pequeña, normalmente no se incluye el comportamiento de CC.
@joeelectro, por supuesto (lo he sabido durante 25 años), pero debe haber un camino en el esquema normal para que la corriente de polarización de CC fluya en primer lugar.
@Bimpelrekkie Ok, lo entendí ahora, este era el circuito original, por eso estaba la etiqueta VDD. Tenía la impresión de que era un intento de representación de señal pequeña porque d3 está conectado a VDD.
Pregunta estúpida: estoy tratando de referirme en mi respuesta a una imagen que cargué en imagebin.ca, pero <img src=" imagebin.ca/v/4LKkCh7bBdRt "> no aparece con una imagen.
Debo haber perdido R4 en alguna parte.

Respuestas (2)

Probablemente la forma correcta de dibujar su circuito es conectando la parte superior de las resistencias de drenaje de 10 k juntas y a tierra, ya que supongo que de hecho están conectados al riel VDD, que sin embargo no tiene cabida en un modelo de señal pequeña y debería ser considerado como suelo. La salida debe estar totalmente desconectada y más bien conectada a la terminal de salida donde va la carga, ya que ahora está en cortocircuito a tierra (para CA). Además, g se expresa en ( metro ) A / V , no ( metro ) A / V 2 .

Gran edición:

Ahora quiero saber exactamente cuál es el caso e intentaré calcular el voltaje de salida abierto y la corriente de salida en cortocircuito en presencia de la señal de entrada. V i y divida los dos para obtener la impedancia de salida.

Entonces, en LTSpice dibujé el circuito original en una representación de señal pequeña que no tiene nada de CC, y así es como se ve:

En el cual R 8 tiene que leer R 2 y el ' R ' en el mismo es 10 k Ω .
Si los mosfets en este circuito se reemplazan por un circuito equivalente simple con solo gramo y R o , entonces obtenemos el siguiente circuito:

y en esta representación podemos reemplazar las fuentes de corriente y las resistencias internas con fuentes de voltaje como en la siguiente imagen:

Yendo de izquierda a derecha a través del circuito, podemos ver claramente que la corriente a través R 3 es

I R 3 = gramo R o tu gramo s 1 / ( R 1 + R 3 + R 5 )

Más,

tu gramo s 1 = tu gramo 1 − R 3 I R 3
de modo que
I R 3 = gramo R o ( V i − R 3 I R 3 ) / ( R 1 + R 3 + R 5 )
. Reorganizar esto da
gramo R o V i / ( R 1 + R 3 + R 5 ) = I R 3 { R 1 + ( 1 + gramo R o ) R 3 + R 5 } / ( R 1 + R 3 + R 5 )
de la que encontramos
I R 3 = gramo R o V i / { R 1 + ( 1 + gramo R o ) R 3 + R 5 }

Ahora, para el segundo mosfet. Es el voltaje de la puerta que encontramos de

tu gramo 2 = − R 1 I R 3 = − gramo R o R 1 V i / { R 1 + ( 1 + gramo R o ) R 3 + R 5 }
y encontramos la corriente a través R 6
I R 6 = − ( gramo R o ) 2 R 1 V i / { R 1 + ( 1 + gramo R o ) R 3 + R 5 }

Ahora hasta el tercer mosfet podemos escribir su voltaje de puerta

tu gramo 3 = − R 2 I R 6 = ( gramo R o ) 2 R 1 R 2 V i / { R 1 + ( 1 + gramo R o ) R 3 + R 5 }
Ahora también tenemos
tu gramo s 3 = tu gramo 3 − R 4 I R 4
y finalmente ahora podemos calcular tanto el voltaje de salida abierto como la corriente de salida de cortocircuito. Es decir, si la salida está abierta, I R 4 = 0 y tu gramo s 3 = tu gramo 3 y podemos escribir el voltaje de salida abierto como
tu o tu t o pag mi norte = − ( gramo R o ) 3 R 1 R 2 V i / { R 1 + ( 1 + gramo R o ) R 3 + R 5 }
y si la salida está cortocircuitada entonces tu o tu t = 0 y podemos escribir
I o tu t = − I R 4 = − gramo ( tu gramo 3 − R 4 I R 4 ) = − gramo tu gramo 3 / ( 1 + gramo R 4 )
que, reorganizado, nos da la corriente de salida de cortocircuito
I o tu t s h o r t = − ( gramo R o ) 3 R 1 R 2 V i / [ { R 1 + ( 1 + gramo R o ) R 3 + R 5 } R o ( 1 + gramo R 4 ) ]
cuya forma se ve inquietantemente similar a la de tu o tu t o pag mi norte y el cociente de los dos se convierte simplemente
Z o tu t = tu o tu t o pag mi norte I o tu t s h o r t = ( 1 + gramo R 4 ) R o
Con gramo = 4 metro A / V y R o = 100 k Ω , esto se convierte
Z o tu t = ( 1 + 4.10 − 3 .90 ) .10 5 = 136 k Ω

toda la corriente de la fuente de corriente dependiente en F3 (el tercer mosfet) pasa por su resistencia de salida (conectada en paralelo). Ese es solo el caso si la señal de entrada de señal pequeña se aplica directamente entre la puerta y la fuente. Que no lo es. Estamos tratando de encontrar la impedancia de salida y eso significa observar el efecto de las variaciones de voltaje en el drenaje . Variar el voltaje en el drenaje significa que habrá variaciones de corriente a través de Ro y R4 . Eso a su vez retroalimenta a los Vgs del NMOS. ¡Caíste en la misma trampa que el profesor de Lachlan!
Hoi Bimpelrekkie, tienes toda la razón y el enfoque de Lachlan es totalmente correcto. Tendré que ver ahora cómo retractarme de mi respuesta.
Puede eliminarlo, pero sugeriría editarlo y explicar por qué su respuesta no es correcta. ¡De esa manera, cualquiera que pase en el futuro puede aprender algo de eso! Todos cometemos errores (incluido yo mismo), pero aún podemos beneficiarnos de esos errores aprendiendo de ellos.
Estoy trabajando en una respuesta 'integral', pero circuitlab solo me permite editar por un tiempo limitado antes de comenzar a quejarme sobre la membresía paga. :(
¿Por qué no usar LTSpice analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/… o Qucs: qucs.sourceforge.net en su lugar? Supongo que desea confirmar sus hallazgos con una simulación, por cierto.
No, solo quiero un diseñador de circuitos conveniente, como circuitlab.
Bueno, ir por LTSpice lo es.
¿ Te refieres al programa de dibujo de circuitos ? Luego tengo otra sugerencia: KiCad. Pero aunque con LTSpice no puede hacer circuitos tan bonitos, puede simular un circuito, KiCad no puede, KiCad es principalmente para el diseño de PCB.
KiCad también se ve bien, lo estoy descargando... pero... ¡1 GB! (Sí, lo sé, es el EDA completo, pero aún así...)
Viene con muchas bibliotecas de componentes y huellas. El programa en sí es mucho más pequeño.
@joeelectro Solo consíguelo. Es totalmente gratis y totalmente profesional. Y nunca mires a $Eagle$.

Debido a la retroalimentación negativa en la fuente, la impedancia de salida siempre será mayor que la suma de RDS y RS, siendo esta última la resistencia en la fuente. En este caso, la ganancia del bucle es relativamente pequeña (gm*R4=0,36), por eso el modesto aumento en comparación con un MOSFET simple.

Resistencia de salida del circuito MOSFET
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 2v