Расчет выпрямителя, стабилизатора, расчетки (magisterLec2)

Посмотреть архив целиком

Схемотехника Лекция 2 Стр.1

Анализ простого усилительного каскада с активной нагрузкой.

Малосигнальный анализ.

Дополним условие малости входного сигнала условием малости и выходного сигнала. Обоснованность и полезность этого дополнения – в том, что и, следовательно, . Поэтому, безусловно, необходимо оценивать х-ки рабочей точки только при малом выходном сигнале.

При моделировании в режиме малого сигнала (директивы моделирования .AC: .NOISE) на SPICE – программах используется следующая эквивалентная схема МОПТ:

Рис2-1

Прежде, чем приступить к подобному моделированию, производят упрощенные (инженерные) расчеты по упрощенным эквивалентным схемам, включающим компоненты, отвечающие за интересующие эффекты.

Поскольку аналоговые схемы используются при малых значениях и, следовательно, при относительно малых значениях крутизны транзистора g, то, как правило, 1/g>>RG; RD; RS; RB. Это позволяет при инженерных расчетах малосигнальных передаточных х-к лишить эквивалентную схему следующих компонентов и эффектов:

  • паразитных сопротивлений RG;RD;RS;RB (они приравниваются к нулю) и источников шума, связанных с этими резисторам;

  • утечек стока и истока на подложку (Rус и Rуи --- ∞). При этом отсекаются возможные эффекты, связанные с конечным сопротивлением RB тела подложки и источник шума IшRB, связанный с этим сопротивлением;

  • при отсутствии интереса к шуму канала транзистора исключают источник шума канала Iшк;

влияния подложки на ток канала, как второго затвора, т.е. gmв=0.

Из – за пренебрежения в первом приближении влиянием подложки будем считать МОПТ трехвыводным прибором. Там, где влиянием подложки пренебречь нельзя (например, увеличение порога при смещении истока ), будем в инженерных расчетах при сохранении все – таки ТРЕХ выводов производить коррекцию значений параметров компонентов.

Упрощенная эквивалентная схема МОПТ приведена на Рис. 2-2.

СЗИ = СПЕРЕКРЫТИЯ ЗАТВОР ---ИСТОК + СЗАТВОР-КАНАЛ. Это соотношение справедливо, поскольку потенциал любой точки канала всегда следует за потенциалом истока. Причем: СПЕРЕКРЫТИЯ ЗАТВОР ---ИСТОК = С0 . W . LD

СЗАТВОР-КАНАЛ С0 . W . LЭФФ

Рис.2-2

Часто, в зависимости от конкретной схемы, будем исключать также СЗС и СЗИ.

Эквивалентная малосигнальная схема простейшего КМОП усилителя с активной нагрузкой .

RP;RN – дифференциальные сопротивления сток-исток в пологой области РМОПТ и NМОПТ соответственно;

СНАГР – емкость нагрузки; RНАГР – сопротивление нагрузки.

Ввиду постоянства параметров компонентов при изменении VВХ, уравнение, описывающее эту схему, является линейным, поэтому для описания схемы используется преобразование Лапласа. Поскольку нас интересует передаточная функция системы как реакция на малый синусоидальный входной сигнал, используем преобразование Фурье как частный случай преобразования Лапласа: .

Уравнения Кирхгофа.

Приведем уравнение к виду:

где

Или имеем передаточную функцию H(S):

Система не минимальнофазовая!

Здесь (gN.RЭКВ)=k0 – низкочастотный (статический) коэффициент усиления.

Для случая действительных полюсов и нулей системы (у нас именно такой случай) правильная интерпретация и анализ H(S) получается при приведении ее к каноническому виду:

Zi – нули передаточной функции

Pi – полоса передаточной функции

H(S) представляется в виде:

,где - модуль передат. ф-ции

- фаза передат. ф-ции

Пусть . Тогда , а не к нулю.

Все дело в конечности ССЗ. На очень высоких частотах ССЗ определяет импеданс выхода усилителя, поскольку

Получается просто емкостной делитель на ССЗ и СЭКВ.

Фаза выходного сигнала при этом также не инверсна входному (поскольку усилитель - то наш инвертор!), а совпадает с фазой входного сигнала:

При достаточно большой .

Если , то передаточная характеристика усилителя – как у пассивной интегрирующей цепочки с усилителем на входе с коэффициентом усиления .

Расчет выходного сопротивления

Нас далее будет интересовать активная составляющая выходного сопротивления.

При расчете выходного активного сопротивления:

  • исключают из эквивалентной схемы все реактивные компоненты; исключают активные нагрузочные компоненты;

  • принимается ;

  • к выходе присоединяется источник малого тока , настолько малого, что режимные токи и характкристики активных компонентов не изменяются;

  • наблюдают изменение (малое, разумеется) выходного напряжения ;

Иллюстрируем метод на примере усилителя (хотя, разумеется, мы уже знаем его).

Уравнение Кирхгофа

;