深度探討NMOS電晶體用作電流鏡的工作原理

2020-12-06 電子發燒友

深度探討NMOS電晶體用作電流鏡的工作原理

Doug Mercer 發表於 2020-11-20 13:55:33

本實驗的目標是研究增強模式NMOS電晶體用作電流鏡的工作原理。

背景

理論上，N型N型金屬氧化物半導體(NMOS)電流鏡的工作原理與我們在2020年8月份學生專區文章中分析的雙極性結型電晶體(BJT)電流鏡相同。兩個具有相同柵源電壓(VGS)的相同電晶體將有相同的漏極電流ID。第二電晶體M2中的電流實際上是第一電晶體M1中電流的鏡像。記住MOS電晶體的漏極電流與柵源電壓具有如下關係：

其中，K = μnCox/2，λ可以認為是與工藝技術相關的常數。

根據定義，相同電晶體具有相同的W/L和工藝技術常數。在簡單電流鏡中，兩個電晶體具有相同的VGS。因此，兩個電晶體將有相同的ID。由於沒有電流流入，FET的柵極端子IIN = IOUT。

材料

●    ADALM2000 主動學習模塊

●    無焊麵包板

●    跳線

●    兩個1 kΩ電阻（阻值儘可能接近或者測量到三位數字或更高精度）

●    兩個小信號NMOS電晶體（ZVN2110A或CD4007 NMOS陣列）

●    一個雙通道運算放大器，例如 ADTL082

●    兩個4.7 μF解耦電容

說明

一種測量電流鏡特性的好辦法如圖1所示。輸入電阻R1和輸出電阻R2現在都是1 kΩ。務必精確測量R1和R2的實際值，以確保電流鏡的輸入和輸出電流測量結果是精確的。IIN等於W1處的W2輸出電壓除以R1的值。IOUT等於示波器通道2測量的電壓除以R2的值。二極體連接的M1跨接在M2的柵極和源極端子上。

在電流鏡配置中，運算放大器作為電流鏡輸入節點的虛擬地，將來自W2的電壓階躍轉換為通過1 kΩ電阻的電流階躍。

圖1.NMOS電流鏡測試電路。

圖2.簡化測試配置。

硬體設置

加載適用於信號發生器的W2通道的 stairstep.csv 文件，將幅度設置為3 V p-p，偏置設置為1.5 V。輸出器件M2的VDS由示波器輸入1+和示波器輸入1-進行差分測量。電流鏡輸出電流由1 kΩ電阻R2兩端的示波器輸入2+和示波器輸入2-測量。漏極電壓使用來自AWG 1（輸出W1）、頻率為40 Hz的三角波形進行掃描。如果您要使用運算放大器設置，請確保該器件已正確連接至電源Vp (5 V)和Vn (–5 V)。

圖3.NMOS電流鏡測試電路面包板連接。

圖4.簡化測試配置麵包板連接。

步驟

配置示波器以捕獲多個周期的輸入信號和輸出信號。如果您要使用運算放大器配置，確保已開啟電源。

使用Scopy工具提供的示波器或通過LTspice®仿真繪製這兩個波形。示例如圖5和圖6所示。

圖5.Scopy繪圖中的電流鏡波形，W2為10 kHz頻率。

現在，將W1的頻率更改為200 Hz，然後繪製兩個波形。對相同電路使用LTspice仿真的示例如圖6所示。

圖6.LTspice繪圖中的電流鏡波形，W1為200 Hz，W2為40 Hz。

在本實驗中，我們通過實驗和仿真分析了採用NMOS電晶體的電流鏡，展示了 ADALM2000 和Scopy應用程式在構建真實電路時的使用。
編輯：hfy

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 使用電流鏡控制電源
    圖2：使用電流鏡的壓控電源。這種設計可實現的精度與所使用電流鏡的精度有關。如果決定採用基本的Widlar雙電晶體設計，為了實現良好的電晶體匹配，那麼就必須使用像BCV61這樣的專用雙電晶體。將這類器件用在性能更好的Wilson 4電晶體電流鏡中也很容易。僅當Vin超過鏡像電晶體的VBE(on)時，電流鏡才開始工作，因此開始階段存在非線性。如果對這個推薦設計使用反饋補償，那麼所有這些誤差就都沒什麼關係。
  • 恆流源電路的工作原理和應用詳解
    打開APP 恆流源電路的工作原理和應用詳解 發表於 2017-06-01 09:15:34 　   恆流源電路的工作原理
  • 聊聊電流鏡(上)
    圖1電流源通常都是以電流鏡（Current Mirror）的形式實現，可以看做是雙埠電流放大器。關注的指標為輸入側的最小輸入電壓和輸入阻抗，輸出側的輸出擺幅和輸出阻抗，同時還有電流增益，如圖2所示。圖3隨著先進工藝向低壓低功耗的方向演進，MOS的非理想因素越來越多，如圖4所示，這也對最簡單的電流鏡的設計提出了挑戰。
  • BJT電流鏡
    簡單的兩電晶體電流鏡主要是依靠兩個大小相同，在相同溫度下具有相同的VBE的電晶體具有相同的漏極或集電極電流來實現的。電流鏡的一個重要特性是輸出阻抗相對較高，因此無論在何種負載條件下，輸出電流都可以保持恆定不變。電流鏡的另一個特性是輸入電阻相對較低，因此無論在何種驅動條件下，輸入電流都可以保持恆定不變。複製的電流可以而且通常都是一個不斷變化的信號電流。電流鏡常用於在放大級中提供偏置電流和有源負載。
  • 石英晶體振蕩器工作原理和應用
    這種石英晶體薄片受到外加交變電場的作用時會產生機械振動，當交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時，振動便變得很強烈，這就是晶體諧振特性的反應。本文要給大家介紹下關於石英晶體振蕩器的工作原理和應用。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/328035.htm　　石英晶體振蕩器工作原理　　計算機都有個計時電路，儘管一般使用「時鐘」這個詞來表示這些設備，但它們實際上並不是通常意義的時鐘，把它們稱為計時器(timer)可能更恰當一點。
  • 四種晶體振蕩器簡介以及原理介紹
    ，將晶體置於恆溫槽內，通過設置恆溫工作點，使槽體保持恆溫狀態，在一定範圍內不受外界溫度影響，達到穩定輸出頻率的效果。恆溫晶體振蕩器原理框圖　　OCXO的主要優點是，由於採用了恆溫槽技術，頻率溫度特性在所有類型晶振中是最好的，由於電路設計精密，其短穩和相位噪聲都較好。
  • 光子晶體光纖的導光原理和製作
    打開APP 光子晶體光纖的導光原理和製作 聚焦安防 發表於 2020-11-16 16:59:50 這種類比電子禁帶結構的人工合成材料在某一能量範圍內光子不能通過光子禁帶晶體（簡稱光子晶體），或者說在光子晶體內部產生的光不能傳播。換句話說，光子晶體就是通過人工製造方法，使其晶體材料具有類似於半導體矽和其他半導體中相鄰原子所具備的周期性結構，只不過光子晶體的周期性結構的尺度遠遠大於電子禁帶晶體，其大小為波長數量級。如果破壞光子晶體的周期性結構，便使光子晶體成為不完全的光子晶體。
  • 單結電晶體工作原理
    一、單結電晶體工作原理- -簡介單結電晶體，英文名稱為Unipolar junction transisor，簡寫為UJT，是一種只有一個PN結和兩個電阻接觸電極的半導體器件
  • 你真的了解線性充電原理嗎?
    線性充電根據電池三段式充電的方式進行工作，有預充、恆流、恆壓三個充電階段，下面根據LTC4054 典型工作原理圖與內部框圖給大家介紹線性充電的基本工作原理：三、恆壓階段隨著電池電壓上升接近充滿電壓時，充電電流逐漸減小，其內部工作原理為；恆壓環路通過R1/R2分壓採樣VBAT電壓，與電壓環VA VREF端進行比較，構成的負反饋系統調節輸出電壓的穩定性。
  • 無源晶振起振條件及其工作原理
    打開APP 無源晶振起振條件及其工作原理 發表於 2017-11-19 09:43:40 　　無源晶振（crystal）別稱為石英晶體諧振器
  • 基於OrCAD/PSpice的晶體振蕩電路設計仿真
    摘要：通過對電容三點式振蕩電路和石英晶體振蕩器等效電路的計算分析，設計並改進了石英晶體振蕩器電路。在OrCAD／PSpice環境中完成了電路的時域和頻域仿真分析，對影響振蕩電路起振特性的因素進行了探討，進一步驗證了PSpice電路仿真設計的合理性和可靠性。給出了發生電路的振蕩、穩幅波形，測量了振蕩周期和振蕩頻率，並與理論值做出比較。結果表明，設計的振蕩電路波形好，振蕩頻率穩定，易於實現，可廣泛應用於工程設計領域。
  • 昆明icl晶體手術眼科醫院排行
    核心提示：昆明icl晶體手術眼科醫院排行？ICL晶體植入術又叫有晶體眼後房型人工晶體植入術，它是將一種柔軟人工晶體通過微創手術植入人體眼球內，無需去除或破壞角膜組織、無需進行手術後縫合。矯正範圍更廣，可逆性強，可隨時取出，從而有效幫助近視朋友獲得優越視覺體驗。因其是一種加法的技術，不需切削角膜瓣，所以廣泛用於高度近視的矯正。
  • 電瓶修復——鋰離子電池充電與放電的工作原理
    打開APP 電瓶修復——鋰離子電池充電與放電的工作原理 發表於 2019-07-01 18:53:22 電子經過外電路和充電機被輸送到負電極，與此同時，鋰離子則經過內電路中的電解質和穿過隔膜紙，進入負電極的晶體結構。
  • 重力傳感器的工作原理與應用分析
    重力傳感器是如何工作的?關於它的工作原理，給大家普及下。　　重力傳感器是根據壓電效應的原理來工作的。　　所謂的壓電效應就是 「對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發生形變以外，還將改變晶體的極化狀態，在晶體內部建立電場，這種由於機械力作用使介質發生極化的現象稱為正壓電效應 」。　　重力傳感器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體變形這個特性。由於這個變形會產生電壓，只要計算出產生電壓和所施加的加速度之間的關係，就可以將加速度轉化成電壓輸出。
  • 液晶顯示屏中的液晶,既不是晶體也不是液體,它是如何工作的?
    隨著科技的進步，電子產品更新換代的速度讓人咂舌，一年兩度的發布會已經成為很多大公司的常態，雖然年年都有很多電子產品問世，但是它們始終都用著液晶顯示屏，不過液晶顯示屏中液晶，它既不是晶體也不是液體，那它到底是如何工作的？
  • 壓電式加速度傳感器的工作原理_壓電式加速度傳感器的結構
    打開APP 壓電式加速度傳感器的工作原理_壓電式加速度傳感器的結構 網絡整理 發表於 2019-12-25 10:54:39 　　壓電式加速度傳感器的工作原理
  • 好文分享:深度解讀高效雷射波長轉換晶體-PPLN
    ；與此相比，外加電場極化法的極化反轉深度可貫穿整個晶片厚度，對反轉疇的控制比較精確，疇反轉周期能做到很小（可達幾個微米），並且能夠在室溫下進行，重複性好。如此眾多的新奇現象，傳統的線形光學的觀點已無法解釋，只有應用非線性光學的原理才能解釋，圖6展示了典型的線形光學和非線性光學現象。圖6 線形光學和非線性光學現象。
  • 鋰電池卷繞機工作原理詳解
    打開APP 鋰電池卷繞機工作原理詳解 發表於 2018-01-31 09:28:07 （9）檢測裝置監控工作運行狀況，如有異常自動報警、停機。 （10）PLC控制系統，觸控螢幕顯示，設置、操作方便。 （11）成品自動輸送，結構合理。
  • 熱重分析儀的工作原理與方法
    熱重分析儀的工作原理　　熱重分析儀主要由天平、爐子、程序控溫系統、記錄系統等幾個部分構成。　　最常用的測量的原理有兩種，即變位法和零位法。
  • 20張超逼真動圖,讓你秒懂四大電鏡原理工作原理!
    二次電子能量較低，通常在樣品表面5-10nm深度範圍內發出，並且其對形貌十分敏感。 其來自樣品表層幾百納米的深度範圍，其產率隨樣品元素的原子序數增大而增多。在得到形貌信息的同時，可根據背散射電子像的亮暗程度，得到原子序數襯度信息，由此可對金屬及其合金的顯微組織進行成分分析。