Расчет выпрямителя, стабилизатора, расчетки (magisterLec1)

Посмотреть архив целиком

Принцип работы простейшего усилителя напряжения

Оставаясь в рамках схем с постоянными параметрами, в качестве простейшего (базового) усилителя исторически предложена единственная схема: последовательно соединенные резистор RL и управляемый источник питания (т.е. активный элемент), на управляющий вход которого подается сигнал, который требуется усилить. Известным нам интегральным управляемым активным элементом является транзистор (в нашем случае МДП транзистор), имеющий в некотором диапазоне характеристику, близкую к характеристике источника тока, то упомянутым управляемым источником питания является Источник Тока, Управляемый Напряжением (ИТУН). (см. Рис.1).

Рис.1.1. Простейший (базовый) усилитель.

Очевидно, что для достижения наибольшего размаха выходного сигнала VOUT, потенциал на выходе в отсутствие переменного входного сигнала (т.е. «рабочая точка») должен быть VDDA/2. Для простейшего усилителя это достигается соответствующей постоянной составляющей входного управляющего напряжения. При приложении ко входу ИТУН сигнала , ток , генерируемый в ИТУН, равен сумме постоянной и переменной составляющих : .Напряжение на резисторе изменяется на величину, где --- так называемая крутизна ИТУН. Изменение напряжения на резисторе RL, называемом резистором нагрузки, есть выходной сигнал, т.е. . Отсюда коэффициент усиления по напряжению равен: . Потенциал верхнего вывода резистора постоянен и равен , поэтому увеличение вследствие увеличения тока, генерируемого в ИТУН, происходит в сторону , т.е. в отрицательную сторону по отношению к . Поскольку увеличение тока ИТУН происходит вследствие увеличения , то усиление всегда происходит с инверсией фазы.


МОП транзисторы с коротким каналом в аналоговых (аналогоцифровых) КМОП ИС.

Специфика применения МОП транзисторов (MOST) в аналоговых ИС во многом ясна из рассмотрения простейшего КМОП усилителя.

Простейший КМОП усилительный каскад.

Общее положение, применяемое к любым усилителям класса А, имеющим достаточно высокий коэффициент усиления: размах входного сигнала, как правило, много меньше постоянного смещения на входе (т.е. постоянной составляющей входного напряжения, жизненно необходимого для любого усилителя, для того, чтобы при заданных характеристиках нагрузки рабочая точка на выходе находилась в середине диапазона изменения выходного сигнала). При этом изменение крутизны входного транзистора много меньше её значения при наличии на входе только постоянного смещения. Можно сказать, что крутизна входного транзистора в каскаде с достаточно высоким коэффициентом усиления постоянна и не зависит от входного напряжения. Такой режим работы усилителя называется режимом малого входного сигнала.


Рис. 1.2. Простейший КМОП усилительный каскад.


Итак, если у усилительного каскада статический (низкочастотный) коэффициент усиления К0 достаточно велик, то ввиду ограниченности диапазона VВЫХ изменения выходного напряжения, диапазон VВХ изменения входного сигнала также ограничен, мал по величине и равен: малая величина при большом К0 (при этом предполагается, что входной сигнал достаточно низкочастотный, т.е. медленно изменяется во времени. О зависимости коэффициента усиления усилителя K(f) от частоты f – в дальнейших лекциях). Пусть , где - постоянная составляющая входного напряжения, или входное смещение. - переменная составляющая входного напряжения, или сигнал. Тогда VВЫХ также имеет постоянную составляющую , или рабочую точку и переменную составляющую , или выходной сигнал.

На величину рабочая точка отличается от . - постоянная составляющая тока IRн в нагрузочном резисторе Rн и МОSТ или режимный ток. Переменная составляющая является малой величиной ввиду малости , а, именно, . Здесь g- крутизна MOST для данного режимного тока . Выходной cигнал , т.е. .

Примечание: Увеличивать Rн целесообразно лишь до величины, сравнимой с RDS, дифференциальным сопротивлением MOST в пологой области при протекании через него режимного тока (см. дальнейшие лекции). Для увеличения К0 можно увеличить Rн (см. Примечание), однако при этом растёт . Очевидно, что должно быть приблизительно равным , т.е. должно быть