Risoluzione Circuiti Con Mosfet e Diodi

[DrCox]

grazie a quella configurazione di M4 arriviamo a dire che I_D4 = I_A = I_D3?? Ma così abbiamo che sia le V_GS sia le I_D tra M4 ed M3 sono identiche...possibile?

si

Per evitare confusione, meglio rispondere con più di un semplice monosillabo.
In realtà non sono identiche, sono molto simili e le approssimiamo come identiche. Potresti infatti dirmi: "beh, la VGS è la stessa per entrambi i transistor, ma la VDS può essere diversa, quindi le correnti come fanno ad essere identiche?"
Infatti non lo sono. Ma se scrivi le equazioni delle correnti ti puoi rendere conto che la differenza è legata al fattore correttivo per la modulazione della lunghezza di canale, che in prima approssimazione (per questo esercizio) possiamo trascurare. Nella pratica gli specchi di corrente li fai in modo leggermente diverso per poter compensare anche queste ulteriori dipendenze che sbilanciano le correnti.

Questa era una nota aggiuntiva per chiarire meglio la questione, ma non divaghiamo ulteriormente. Andiamo avanti con l'esercizio. Dai che ci sei quasi...

[DoctorKappa]

Allora applicando Kirchhoff al nodo Vout e ottengo I_D3 + I_R3 = I_R2 + I_D2. Ci sono 3 incognite.
M2 si trova nella stessa situazione di M4 per cui V_GS2 = V_DS2, però c'è un Diodo Interdetto, per cui la corrente I_D2=0, e dato che M2 è in interdizione abbiamo che è OFF!
Restano 2 incognite.
Dal disegno ho che la corrente I_D1 = I_R2, quindi per trovare I_D1 studio M1.
Sotto M1 c'è un Diodo in conduzione, ora io so che i Diodi in conduzione hanno caduta di potenziale NULLA! Però tra i dati c'è V_γ = 0.6 volt. Quindi sono abbastanza confuso!
Nel dubbio mi viene da pensare, guardando il circuito, che la V_GS1 è data dalla somma di V_in e V_γ (V_GS1 = V_in + V_γ), mi sbaglio?

------edit-------

Ci tengo comunque a ringraziarvi molto, perché mi siete veramente di grande aiuto in questo momento! Quindi grazie davvero!

[DoctorKappa]

grazie a quella configurazione di M4 arriviamo a dire che I_D4 = I_A = I_D3?? Ma così abbiamo che sia le V_GS sia le I_D tra M4 ed M3 sono identiche...possibile?

si

Per evitare confusione, meglio rispondere con più di un semplice monosillabo.
In realtà non sono identiche, sono molto simili e le approssimiamo come identiche. Potresti infatti dirmi: "beh, la VGS è la stessa per entrambi i transistor, ma la VDS può essere diversa, quindi le correnti come fanno ad essere identiche?"
Infatti non lo sono. Ma se scrivi le equazioni delle correnti ti puoi rendere conto che la differenza è legata al fattore correttivo per la modulazione della lunghezza di canale, che in prima approssimazione (per questo esercizio) possiamo trascurare. Nella pratica gli specchi di corrente li fai in modo leggermente diverso per poter compensare anche queste ulteriori dipendenze che sbilanciano le correnti.

Questa era una nota aggiuntiva per chiarire meglio la questione, ma non divaghiamo ulteriormente. Andiamo avanti con l'esercizio. Dai che ci sei quasi...

Immaginavo che c'era dell'altro! Effettivamente nella teoria viene approfondito il fattore lambda per la modulazione della lunghezza del canale; e devo dire che essendo il mio primo approccio all'elettronica, faccio molta fatica nel riuscire ad assimilare bene certi concetti, in modo poi da poterli mettere effettivamente in pratica. Però su questo forum è pieno zeppo di persone molto qualificate, quindi piano piano ci arriverò anche io in qualche modo

[claudiocedrone]

...Sotto M1 c'è un Diodo in conduzione, ora io so che i Diodi in conduzione hanno caduta di potenziale NULLA! Però tra i dati c'è V_γ = 0.6 volt. Quindi sono abbastanza confuso!...

Ahi ahi... attenzione che caduta di tensione nulla in conduzione la ha il diodo ideale (che conduce in polarizzazione diretta e non conduce in polarizzazione inversa e amen) ma appunto se nel testo dell'esercizio viene fornita tra i dati una di 0,6 V i diodi nello schema non sono ideali ma reali (diodi a giunzione al silicio... ma non mettiamo troppa carne al fuoco che non serve nell'ambito dell'esercizio in questione)...

[claudiocedrone]

Ahimè, di confusione se ne nota parecchia già dal primo post in cui p. es. scrivi

...Credo, ma potrei sbagliarmi, che la Vgs4 è uguale alla DIFFERENZA tra una tensione, che non riesco ad identificare, diretta dal basso verso l'alto, e la tensione Vdd di verso opposto...

ma le tensioni, differenze di potenziale elettrico tra due punti, non hanno alcun verso

[DrCox]

Il diodo ha una caduta non nulla se conduce, dato dalla tua V_gamma. Quindi, se il diodo e' connesso da un lato verso massa e dall'altro al source del mosfet, e se il diodo ha una caduta di 0.6V... che tensione avrai sul source del transistor?

M2 e' a configurazione diodo. Confronta il suo verso con il verso di D7. Puo' scorrere corrente su quel ramo? Se si, perche'? Se no, perche'?

[DoctorKappa]

Grazie delle vostre risposte!!

...Sotto M1 c'è un Diodo in conduzione, ora io so che i Diodi in conduzione hanno caduta di potenziale NULLA! Però tra i dati c'è V_γ = 0.6 volt. Quindi sono abbastanza confuso!...

Ahi ahi... attenzione che caduta di tensione nulla in conduzione la ha il diodo ideale (che conduce in polarizzazione diretta e non conduce in polarizzazione inversa e amen) ma appunto se nel testo dell'esercizio viene fornita tra i dati una di 0,6 V i diodi nello schema non sono ideali ma reali (diodi a giunzione al silicio... ma non mettiamo troppa carne al fuoco che non serve nell'ambito dell'esercizio in questione)...

Giusto!! Si tratta di Diodi Reali!!
Quindi ho anche sbagliato a dire che in D7 c'è una corrente nulla? Perché in tal caso devo rifare il ragionamento sul perché sul Mosfet M2 non scorre corrente!

Ahimè, di confusione se ne nota parecchia già dal primo post in cui p. es. scrivi

...Credo, ma potrei sbagliarmi, che la Vgs4 è uguale alla DIFFERENZA tra una tensione, che non riesco ad identificare, diretta dal basso verso l'alto, e la tensione Vdd di verso opposto...

ma le tensioni, differenze di potenziale elettrico tra due punti, non hanno alcun verso

In che senso le tensioni non hanno verso? Dall'elettrotecnica so che dal punto di vista dell'utilizzatore le tensioni hanno verso opposto alle correnti, mentre dal punto di vista del generatore le correnti e le tensioni hanno stesso verso (convenzionalmente dal - al +). Potresti spiegarmi meglio questo punto? Perché mi toglieresti tanti dubbi secondo me.

Il diodo ha una caduta non nulla se conduce, dato dalla tua V_gamma. Quindi, se il diodo e' connesso da un lato verso massa e dall'altro al source del mosfet, e se il diodo ha una caduta di 0.6V... che tensione avrai sul source del transistor?

M2 e' a configurazione diodo. Confronta il suo verso con il verso di D7. Puo' scorrere corrente su quel ramo? Se si, perche'? Se no, perche'?

Adesso sono abbastanza confuso per quanto riguarda le tensioni. Io ragionerei (probabilmente sbagliando) in questo modo: Sul Gate di M1 c'è la tensione Vin, mentre sul Source di M1 c'è la tensione V_gamma, quindi la tensione tra Gate e Source è data dalla differenza tra Vin e V_gamma? Cioè V_GS1 = Vin - V_gamma?

Per quanto riguarda M2, ho già detto che D7 è interdetto (è orientato "contro" la corrente di M2), quindi la corrente in D7 è nulla. E dato che in D7 scorre la stessa corrente che c'è in M2, allora I_D2=I_D7=0. Ne consegue che la V_GS2 è più piccola della tensione soglia V_thn, quindi il Mosfet è OFF!
Questo ragionamento è giusto, oppure o sbagliato anche qui??

[DrCox]

Giusto!! Si tratta di Diodi Reali!!
Quindi ho anche sbagliato a dire che in D7 c'è una corrente nulla?

No, e' giusto. Perche' comunque stai considerando un modello semplificato del diodo e non sei in breakdown (se non sai cosa significa, tralasciamo questa cosa per ora ed andiamo avanti conl'esercizio, benche' sembra esserci davvero tanta teoria da recuperare)

In che senso le tensioni non hanno verso?

Detta cosi' puoi confonderti. Una tensione pue' essere positiva come negativa. Quello che ti si voleva far notare e' che nei bei disegnini che si fanno dei circuiti la tensione NON e' quella "freccetta" con cui talvolta "colleghi" due nodi per indicare una certa proprieta', che invece e' la "differenza di potenziale". Che cos'e' una tensione? Che cos'e' invece una "differenza di potenziale" (d.d.p.)? Sai spiegarlo?

I_D2=I_D7=0

Tutto ok qua, ergo di quel ramo possiamo scordarcene.

Sul Gate di M1 c'è la tensione Vin, mentre sul Source di M1 c'è la tensione V_gamma, quindi la tensione tra Gate e Source è data dalla differenza tra Vin e V_gamma? Cioè V_GS1 = Vin - V_gamma?

Perfetto. Quindi conosci la V_GS di quel transistor... cosa ti manca per poterne determinare la corrente?

[DoctorKappa]

Giusto!! Si tratta di Diodi Reali!!
Quindi ho anche sbagliato a dire che in D7 c'è una corrente nulla?

No, e' giusto. Perche' comunque stai considerando un modello semplificato del diodo e non sei in breakdown (se non sai cosa significa, tralasciamo questa cosa per ora ed andiamo avanti conl'esercizio, benche' sembra esserci davvero tanta teoria da recuperare)

In che senso le tensioni non hanno verso?

Detta cosi' puoi confonderti. Una tensione pue' essere positiva come negativa. Quello che ti si voleva far notare e' che nei bei disegnini che si fanno dei circuiti la tensione NON e' quella "freccetta" con cui talvolta "colleghi" due nodi per indicare una certa proprieta', che invece e' la "differenza di potenziale". Che cos'e' una tensione? Che cos'e' invece una "differenza di potenziale" (d.d.p.)? Sai spiegarlo?

I_D2=I_D7=0

Tutto ok qua, ergo di quel ramo possiamo scordarcene.

Sul Gate di M1 c'è la tensione Vin, mentre sul Source di M1 c'è la tensione V_gamma, quindi la tensione tra Gate e Source è data dalla differenza tra Vin e V_gamma? Cioè V_GS1 = Vin - V_gamma?

Perfetto. Quindi conosci la V_GS di quel transistor... cosa ti manca per poterne determinare la corrente?

La tensione l'ho studiata come il coefficiente di diretta proporzionalità che c'è tra una carica e l'energia necessaria a spostarla da un punto A ad un punto B, ma non conosco la differenza tra tensione e differenza di potenziale .
Lo so, sto facendo la figura del completo cretino su questo 3d. Comunque ho iniziato da poco ad approcciarmi all'elettronica, e attualmente l'ansia dell'esame ha completamente invaso la mia passione riguardante l'argomento. E per fortuna ci siete voi angeli che mi state dando una mano immensa nella comprensione della materia!

Tornando all'esercizio, quindi ho la V_GS1=Vin - V_gamma. Quella Vz presente nel disegno sarebbe la V_GS1 giusto?
V_GS1 > V_thn quindi M1 NON è OFF.
Per determinare la corrente I_D1 devo sapere se il Mosfet si trova in Triodo o Saturazione. Quindi posso ipotizzare che si trovi in saturazione, per poi verificare successivamente se effettivamente risulta V_GS1 > V_DS1 - V_thn, o sbaglio?
Sperando di non sbagliarmi ipotizzo M1 in Saturazione, e ottengo I_D1= β_M1/2 * (V_GS1-V_thn)^2. Ora devo trovare la V_DS1 per poter verificare che M1 sia effettivamente in Saturazione. Inoltre noto dal disegno che la V_DS1 è uguale alla Vy.
Vy = V_R2 - Vz , dove V_R2 è la tensione del Resistore R2, o sbaglio?
Quindi devo trovare prima la V_R2: in R2 scorre la corrente I_R2 = I_D1, quindi V_R2 = I_R2 * R2; dovrei così potermi calcolare Vy.
Ma mi fermo qui perché facendo i calcoli mi accorgo che non mi trovo con la Vy della soluzione, quindi devo aver sbagliato da qualche parte ...

[DrCox]

ho la V_GS1=Vin - V_gamma.

bene

Quella Vz presente nel disegno sarebbe la V_GS1 giusto?

Eh no. La Vz è la tensione sul source del transistor, quindi è la sua VS. Che è uguale a V_gamma....

V_GS1 > V_thn quindi M1 NON è OFF.

Bene

Per determinare la corrente I_D1 devo sapere se il Mosfet si trova in Triodo o Saturazione. Quindi posso ipotizzare che si trovi in saturazione, per poi verificare successivamente se effettivamente risulta V_GS1 > V_DS1 - V_thn, o sbaglio?

L'idea è giusta: fai un'ipotesi, fai i calcoli, verifichi se la tua soluzione rispetta l'ipotesi fatta.
L'esecuzione della procedura è però sbagliata: quella che scrivi è un'equazione tremendamente sbagliata. Non puoi dire che il transistor è saturo se VGS > VDS-VT. La relazione da verificare è se VDS>VGS-VT
1) Dal punto di vista di imparare le formule a memoria, è una relazione che non puoi sbagliare, assolutamente
2) Dal punto di vista di capire le cose, ci sono delle lacune troppo profonde nel meccanismo di funzionamento del trasporto elettronico all'interno di un mosfet... se vuoi solo imparare la formula a memoria, almeno cerca di impararla correttamente. Ma resta il fatto che imparare le cose a memoria senza capire cosa succede sotto ti porterà solo rogne in futuro. Devi ripartire dalle basi, devi studiare i componenti singoli e capirli prima di poter studiare come interagiscono tra loro messi insieme dentro ad un circuito.

noto dal disegno che la V_DS1 è uguale alla Vy.

Ma no! Come sopra, stai confondendo la tensione ad un nodo con la differenza delle tensioni tra due nodi.
La VGS altro non è che VGS=VG - VS.
La VDS altro non è che VDS=VD - VS.
Dove VG, VD, VS sono le tensioni ai terminali di gate, drain e source.

Vy = V_R2 - Vz , dove V_R2 è la tensione del Resistore R2, o sbaglio?

Sbagli.
Prima di fare questo esame, hai già superato l'esame di Fisica 2, o non l'hai ancora superato?
E cosa mi dici dell'esame di Elettrotecnica?
Purtroppo ti mancano tante nozioni di base che ti impediranno di poter affrontare Elementi di Elettronica con successo. Ti consiglio di mettere per il momento da parte questo esame e dedicarti a Fisica 2 / Elettrotecnica, per recuperare le lacune. Stai saltando le tappe.

Suggerirti di dedicarti prima a questi altri esami ritengo sia l'aiuto migliore che io personalmente posso darti.