Bài tập năng lượng và công suất

BÀI TẬP Ch12. Năng lượng và Công suất<br /> 12. 1 Mạch Inverter được thiết kế bằng transistor NMOS và tải R L thúc tụ CL.<br /> Điện thế cấp điện Vs và MOSFET có điện trở R ON, điện thế thềm VTH. GIả sử<br /> logic 0 = 0V và logic 1 = Vs volt.<br /> 1. Xác định công suất trạng thái tĩnh tiêu thụ bởi inveter khi cho 0 tác động<br /> vào ngõ vào của nó.<br /> 2. Xác định công suất trạng thái tĩnh tiêu thụ bởi inveter khi cho 1 tác động<br /> vào ngõ vào của nó.<br /> 3. Xác định công suất tĩnh và công suất động tiêu thụ bởi Inveter khi cho liên<br /> tiếp chuổi xung 01010101….tác động vào ngõ vào. Giả sử sự chuyển tiếp tín<br /> hiệu ( 0  1, hoặc 1  0) xãy ra vài T giây, và hơn nữa T rất lớn hơn thời<br /> hằng của mạch.<br /> 4. Giả sử ngõ vào như ở câu 3, cho biết thừa số nào làm cho công suất động bị<br /> giảm nếu:<br /> a. T tăng theo thừa số 2,<br /> b. Vs giảm theo thừa số 2.<br /> c. CL tăng theo thừa số 2 ?<br /> 5. Giả sử mạch Inverter thoả qui luật tĩnh với điện thế ngưỡng cao và thấp<br /> tương ứng VIH = VH , VOL = VL. Cho biết MOSFET có RON và VTH. Giả sử<br /> VL < VTH < VH < VS, chọn trị số RL trong số hạng của các thông số khác của<br /> mạch sao cho công suất tiêu thụ của mạch Inverter là tối thiểu.<br /> Đáp số:<br /> 1. Pstatic = 0<br /> VS2<br /> P<br /> <br /> 2. static<br /> RON  RL<br /> 3. Pstatic<br /> 4.<br /> 5.<br /> <br /> VS2<br /> <br /> ,<br /> 2  RON  RL <br /> <br /> Pdynamic <br /> <br /> VS2 RL2C L<br /> <br />  RON  RL <br /> <br /> 2<br /> <br /> T<br /> <br /> a. phân nữa, b. phần tư, c. phân nữa,<br /> Làm cực đại RL.<br /> <br /> 12.2 Bài tập này nhằm khảo sát công suất tiêu tán bởi mạch logic nhỏ. Mạch gồm<br /> có mạch Inveter ghép nối tiếp và cổng NAND ở H. 12.2 . Mạch có hai ngõ<br /> vào A và B, và moat ngõ ra Z. Tín hiệu vào là tuần hoàn với chu kỳ T4. Giả<br /> sử RON của mỗi MOSFET là zero ( không).<br /> 1. Vẽ dạng sóng ngõ ra Z với 0 �t �T4 . Giả sử CG và CL đều bằng zero.<br /> 2. Suy ra công suất tĩnh thời gian trung bình tiêu thụ bởi mạch theo V s, RL, T1,<br /> T2, T3, và T4. Công suất tĩnh thời gian trung bình được định nghĩa là năng<br /> lượng tổng cộng tiêu thụ bởi cổng trong suốt chu kỳ 0 �t �T4 chia cho T4<br /> 3. Giờ giả sử CG và CL khác không. Suy ra công suất động thời gian trung bình<br /> tiêu thụ bởi mạch theo Vs, RL, T1, T2, T3, và T4. Đồng thời giả sử thời hằng<br /> của mạch nhỏ hơn T1, T2-T1, T3-T2, và T4-T3.<br /> 4. Tính trị công suất tĩng và động thời gian trung bình với V S = 5V, RL = 10 k  ,<br /> CG = 100 fF, CL = 1 pF, T1 = 100 ns, T2 = 200 ns, T3 = 300 ns, và T4 = 600 ns.<br /> 1<br /> <br /> 5. Cho biết lượng năng lượng tiêu thụ bởi mạch trong một phút với các thông<br /> số cho ở câu 4 ?<br /> 6. Cho biết phần trăm công suất tiêu thụ tổng cộng thời gian trung bình giảm<br /> nếu điện thế cấp điện Vs giảm đi 30% ?<br /> <br /> Vs<br /> <br /> Vs<br /> <br /> RL<br /> <br /> RL<br /> <br /> Z<br /> <br /> A<br /> <br /> CG<br /> <br /> CL<br /> <br /> B<br /> <br /> H.12.2<br /> 5V<br /> A<br /> .....<br /> 0<br /> t<br /> 5V<br /> B<br /> .....<br /> 0<br /> T1<br /> T2<br /> T3<br /> <br /> t<br /> T4<br /> <br /> Đáp số<br /> 2.<br /> 3.<br /> 4.<br /> 5.<br /> 6.<br /> <br /> VS2 �T1  T2  T4 �<br /> �<br /> �<br /> RL � T4<br /> �<br /> VS2<br />  CG  2CL <br /> T4<br /> Pstatic = 2,9 mW, Pdynamic = 87,5 W<br /> 0,18 j<br /> 51%<br /> <br /> 12.3 Một mạch gồm N Inverter, với N>>1. Mỗi Inverter được thiết kế bằng<br /> transistor NMOS và điện trở R L. Điện thế cấp điện Vs và điện trở khi MOSFET<br /> 2<br /> <br /> dẫn là RON. Điện thế thềm của NMOS là V TH. Cho biết các inverter ghép nối tiếp<br /> thành chuổi. Tính công suất tĩnh tiêu thụ của mạch.<br /> Đáp số:<br /> Pstatic <br /> <br /> �<br /> N � VS2<br /> �<br /> �<br /> 2 �RL  RON �<br /> <br /> 3<br /> <br />