TD miroirs, sources et amplis

Circuits Intégrés
Les caractéristiques suivantes seront utilisées pour tous les
µ
n
.C
ox
=120 µA/V
2
; µ
p
.C
ox
=50
µA/V
2.3. Les miroirs de courant
1°) Soit le miroir de courant ci-
contre
•
Expliquez pourquoi le transistor T
fonction de : I
T1
, W
1
/L
1
et des paramètres technologiques. En supposant que
T
2
est saturé, exprimez I
T2
technologiques. En déduire que le rapport I
de T
1
et T
2
.
• On considère que T
1
et T
2
sont identiques et que
que le courant de sortie soit identique à I
• On considère maintenant
λ
variation de I
S
lorsque V
S
varie de 0,5V
•
Mêmes questions que précédemment pour
2°) Soit le miroir de wilson ci-
contre. Réaliser le schéma
montages, on choisit I
in
=100µA :
•
Si l’on souhaite que le miroir P (resp. N) fonctionne sur la gamme 0 à V
(resp. 1V à V
dd
), calculer des dimensions raisonnables pour les transistors
•
donner un schéma équivalent petit
résistance de sortie.
2.4. Les sources de courant
1°) on souhait
e utiliser le montage ci
soit égal à 100 µA quelle que soit la valeur de la résistance R
•
Déterminer la gamme admissible pour la tension
ci.
Sachant que l’on souhaite I
des transistors T
1
et T
2
.
•
Que devient le courant dans la charge si V
• T
racer la variation du courant dans la charge en
2°) Soit le schéma ci-
contre destiné à fournir une tension V
considèrera tout d’abord que
λ=0 et
• Expliquez pourquoi I
T1
=I
T2
V
eff3
et V
eff4
. Exprimez V
gs4
fonction de R, I
b
, k. Montrez alors que
Montrez ensuite que I
b
ne dépend pas de V
• Avec I
b
=10µA, c
alculez le rapport de dimensions de
Sachant que k=4
, calculez R
I
S
T
1
T
2
R
s
R
s
120µA
2. Travaux Dirigés
Circuits Intégrés
Analogiques –
2008/2009
Les caractéristiques suivantes seront utilisées pour tous les
exercices
(sauf indication contraire)
µA/V
2
; λ
λλ
λ
n
=4e
-3
V
-1
; λ
λλ
λ
p
=2e
-3
V
-1
; V
tn
=0,5 V ; V
tp
contre
:
Expliquez pourquoi le transistor T
1
est toujours saturé. Exprimer V
gs1
en
et des paramètres technologiques. En supposant que
T2
en fonction de V
gs1
, W
2
/L
2
et des paramètres
technologiques. En déduire que le rapport I
2
/I
1
ne dépend que des dimensions
sont identiques et que
λ
n
=0, d
éterminer une plage de
que le courant de sortie soit identique à I
in
lorsque V
S
varie entre 0,5V et 3,3
V.
λ
n
≠0.
Calculer la résistance de sortie du miroir de courant. Estimer la
varie de 0,5V
à 3,3 volts.
Mêmes questions que précédemment pour
chacun des montages ci-dessous.
contre. Réaliser le schéma
dual dans le plan P.
Pour les deux
Si l’on souhaite que le miroir P (resp. N) fonctionne sur la gamme 0 à V
), calculer des dimensions raisonnables pour les transistors
.
donner un schéma équivalent petit
-signal d
e ces montages et en déduire leur
e utiliser le montage ci
-contre
de façon à ce que le courant dans la charge R
soit égal à 100 µA quelle que soit la valeur de la résistance R
L
dans la gamme [0
; 30k
Déterminer la gamme admissible pour la tension
V
A
. Choisir V
A
au centre de celle
Sachant que l’on souhaite I
p
=10µA, calculez la valeur de R
p
et les dimensions
Que devient le courant dans la charge si V
dd
augmente de 10% ?
racer la variation du courant dans la charge en
fonction de R
L
.
contre destiné à fournir une tension V
A
indépendante de V
=0 et
on pose
( ) ( )
43 L
W
L
W
k=
avec k > 1.
si T
1
et T
2
sont identiques.
En déduire la relation entre
gs4
en fonction de V
gs3
, R et I
b
. En déduire V
eff3
et
V
, k. Montrez alors que
g
m3
et g
m4
ne dépendent que de k et R.
ne dépend pas de V
dd
.
alculez le rapport de dimensions de
T
4
de façon à avoir V
B
, calculez R
. Calculez les dimensions de T
1
et T
2
pour que
120µA I
S
T
1
T
2
T
3
T
4
I
S
T
1
T
2
T
3
T
4
120µA
2008/2009
(sauf indication contraire)
:
tp
=-0,7 V ; V
dd
=3,3 V
en
et des paramètres technologiques. En supposant que
et des paramètres
ne dépend que des dimensions
éterminer une plage de
rapports W/L telle
V.
Calculer la résistance de sortie du miroir de courant. Estimer la
Pour les deux
Si l’on souhaite que le miroir P (resp. N) fonctionne sur la gamme 0 à V
dd
-1V
e ces montages et en déduire leur
de façon à ce que le courant dans la charge R
L
; 30k
Ω].
au centre de celle
-
et les dimensions
indépendante de V
dd
. On
En déduire la relation entre
V
eff4
en
ne dépendent que de k et R.
B
=1,5V.
pour que
I
L
V
dd
V
A
T
2
T
1
R
L
I
P
R
p
T
1
I
b
V
dd
V
A
T
3
T
4
T
2
R
I
b
V
B
Vs
I
in
=120 µA
I
S
T
1
T
2
I
in
I
S
T
1
T
2
T
3
T
4

V
A
=0,9V. En déduire les valeurs de g
m1
et g
m2
.
• Que se passe-t-il lorsque la tension d’alimentation diminue ? Quelle est la plus petite valeur de V
dd
pour laquelle le montage fonctionne encore ? Que valent alors les courants I
1
et I
2
?
• On considère maintenant λ≠0. En supposant que
m
g
ds
r
1
>>
, faites un schéma petit-signal du
montage pour étudier la sensibilité de I
b
et de V
A
à V
dd
.
3°) Soit la source de courant à large dynamique (et résistance) de sortie représentée
ci-contre. On souhaite délivrer 120µA pour une consommation totale de 127,5µA et
on choisit une tension effective de grille de 0,1V.
• Calculer les dimensions des transistors et les valeurs de R
1
et R
2
afin
d’obtenir une dynamique de sortie maximale que l’on calculera.
• En négligeant l’effet substrat, calculer la résistance de sortie du miroir de
courant.
4°) On utilise le schéma n°1 pour réaliser une source de courant.
• Déterminer la tension effective de grille et le W/L de chacun des transistors
de façon à ce que le miroir de courant délivre 8µA pour toute valeur de V
s
inférieure à 2,3 Volts. Calculez la valeur de la résistance R
1
. Calculez la
résistance de sortie de la source de courant. On négligera l’effet substrat.
• Redimensionner la structure pour obtenir un courant de sortie de 100 µA en
changeant le W/L de T
3
et T
4
. Que devient la résistance de sortie de la source
de courant ?
• Que devient le courant de sortie si V
dd
augmente de 10% ?
5°) On remplace la résistance R
1
par le transistor T
5
(schéma n°2).
• Déterminer la tension effective de grille (V
eff
=V
gs
-V
tn
) nécessaire pour
conserver les mêmes conditions de polarisation (8 µA dans la branche
composée de T
1
, T
2
et T
5
). En déduire le W/L de T
5
.
• Proposer une solution permettant de réduire la surface de la source de
courant en remplaçant la résistance par deux transistors. Donner le W/L de
chacun de ces transistors. Que devient le courant de sortie si V
dd
augmente
de 10% ?
2.5. Les amplificateurs élémentaires
1°) On étudie maintenant l’amplificateur du schéma n°3.
• Calculez la résistance de sortie de l’amplificateur. Donner l’expression du gain
petit-signal de cet amplificateur. En déduire la valeur de V
in
donnant un gain égal à
-1000 et le W/L du transistor.
• On utilise la source de courant n°1 pour polariser l’amplificateur. Calculer le
nouveau gain de l’amplificateur ainsi que sa résistance de sortie en petit-signal.
Quelle est la dynamique de sortie de l’amplificateur ?
• On connecte une capacité de 10nF à l’amplificateur ainsi obtenu. Calculer la bande
passante de l’amplificateur ? On connecte une résistance de 10kΩ en sortie de l’amplificateur. Que
devient le gain de l’étage ? Que peut-on faire pour conserver un gain et une bande passante
acceptables dans les deux cas ci-dessus ?
2°) Soit le montage de la figure ci-contre. Le miroir de courant est construit avec des
transistors ayant un W/L=50. On prendra V
in
=2,5V.
• Déterminer le W/L de T
1
. Quelle est la plage de fonctionnement de la tension de
sortie (dynamique de sortie) ?
• Donnez le schéma équivalent petit-signal du montage. En déduire le gain en
tension du montage ? En déduire la dynamique d’entrée.
• On remplace le transistor T
1
par un transistor N identique à T
2
. Donner les nouvelles dynamiques
d’entrée et de sortie ainsi que le gain en tension petit-signal et la résistance de sortie.
T
3
V
dd
T
4
R
1
V
s
I
S
T
1
T
2
T
3
V
dd
T
4
R
1
V
s
I
S
T
1
T
2
T
3
V
dd
T
4
V
s
I
S
T
1
T
2
T
5
T
3
V
dd
T
4
V
s
I
S
T
1
T
2
T
5
V
in
100µA
T
7
V
out
V
dd
V
in
100µA
T
7
V
out
V
dd
T
1
R
2
R
1
I
S
T
2
T
3
V
dd
V
s
V
out
100µA
T
2
T
1
V
in
V
dd
T
3