PŘEDNÁŠKA 2 - OBSAH. Přednáška 2 - Obsah

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "PŘEDNÁŠKA 2 - OBSAH. Přednáška 2 - Obsah"

Daniel Šimek
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 PŘEDNÁŠKA 2 - OBSAH Přednáška 2 - Obsah i 1 Bipolární diferenciální stupeň Dif. stupeň s nesymetrickým výstupem (R zátěž) napěťový zisk Parametr CMRR pro nesymetrický dif. stupeň (R zátěž) Dif. stupeň se symetrickým výstupem (R zátěž) Dif. stupeň s aktivní zátěží Operational Transconductance Amplifier (OTA) 7 3 Americký proudový zdroj 8 4 Elementární BG reference 9

3 1 BIPOLÁRNÍ DIFERENCIÁLNÍ STUPEŇ (1.1) (1.2) (1.3) Obr. 1.1: Bipolární diferenciální stupeň Rovnici (1.1) podělíme rovnicí (1.2): (1.4) a dosadíme do (1.3): (1.5) Transkonduktance: (1.6) (1.7) 1

4 Transkonduktanci diferenciálního stupně pro jednoduchého lineárního modelu tranzistoru: lze odvodit i pomocí Obr. 1.2: Lineární model diferenciálního stupně Pro výpočet transkonduktance při si můžeme diferenciální stupeň představit jako tranzistor (zde ), který má v emitoru připojenou impedanci, jejíž velikost je dána impedancí zbytku dif. stupně tedy paralelní kombinací výstupní impedance proudového zdroje a impedancí příslušející tranzistoru. Protože výstupní dynamická impedance zdroje je ideálně nekonečná, je hodnota paralelní kombinace a rovna hodnotě. Diferenciální stupeň pak můžeme překreslit takto: Obr. 1.3: Zjednodušení lineárního modelu diferenciálního stupně Protože platí:, tak podle Obr. 1.3 (c) lehce (pro ) spočítáme: (1.8) 2

5 pro (1.9) (1.10) Obr. 1.4: Bipolární diferenciální stupeň Obr. 1.5: Závislost kolektorových proudů a na Pro napětí se bipolární dif. stupeň chová jako proudový přepínač, Pro napětí jako převodník napětí proud se strmostí. Například pro poměr proudů. je hodnota napětí 3

6 1.1 Dif. stupeň s nesymetrickým výstupem (R zátěž) napěťový zisk (1.11) (1.12) (1.13) Obr. 1.6: Dif. stupeň s nesymetrickým výstupem Parametr CMRR pro nesymetrický dif. stupeň (R zátěž) CMRR (Common Mode Rejection Ratio potlačení souhlasného napětí) je dán poměrem a přenosu. (1.14) (1.15) (1.16) (1.17) (1.18) Obr. 1.7: Parametr CMRR pro dif. stupeň s nesymetrickým výstupem. Kde je výstupní impedance proudového zdroje. 4

7 Obr. 1.8: Impedance proudového zdroje Např. je-li, je hodnota CMRR: (1.19) 1.2 Dif. stupeň se symetrickým výstupem (R zátěž) Transkonduktance obou tranzistorů (výstupů) mají stejnou absolutní hodnotu, ale opačné znaménko, proto je napěťový zisk tohoto stupně dvojnásobný v porovnání s předchozím zapojením ( Obr.1.6) (1.20) Obr. 1.9: Dif. stupeň se symetrickým výstupem 5

8 1.3 Dif. stupeň s aktivní zátěží 1. Může pracovat s výstupem naprázdno (zatěžovací odpor ) jako napěťový zesilovač, případně komparátor 2. Může pracovat s výstupem nakrátko (zatěžovací odpor ) jako transkonduktanční stupeň Obr. 1.10: Dif. stupeň s aktivní zátěží výstupního proudu, a Pro změnu pak můžeme psát: (1.21) Pro celkovou transkonduktanci gm dif. stupně s aktivní zátěží tedy platí: (1.22) Ad 1. Výstup naprázdno - Napěťový zesilovač se ziskem A. (1.23) Např. pro a je A = 1538 Ad 2. Výstup nakrátko - Transkonduktanční stupeň se strmostí gm. (1.24) Např. pro je gm = 0,38mS. 6

9 2 OPERATIONAL TRANSCONDUCTANCE AMPLIFIER (OTA) Obr. 2.1: Operational Transconductance Amplifier (vpravo), závislost Vo na naprázdno (vlevo) při výstupu Funkce a parametry jsou podobné jako u dif. stupně s aktivní zátěží (Obr. 8). Výhodou je výstupní rail-to-rail schopnost (výstupní napětí se může pohybovat v rozsahu 0 Vcc) Výstup naprázdno - Napěťový zesilovač se ziskem A. (2.1) Může být použit jako komparátor, při přechodu hodnotu z Vcc na 0. přes nulovou hodnotu změní Výstup nakrátko - Ttranskonduktanční stupeň se strmostí gm. (2.2) 7

10 3 AMERICKÝ PROUDOVÝ ZDROJ Obr. 3.1: Proudový zdroj Napětí v bodě A spočítáme přes T1, T4, R a přes T2, T3: (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) (3.6) I je Proportional To Absolute Temperature 8

11 4 ELEMENTÁRNÍ BG REFERENCE Obr. 4.1: Vytvoření napětí (4.1) (4.2) Pomocí poměru se nastaví libovolná hodnota napětí. Současně poměr odporů nastaví i absolutní velikost teplotního koeficientu (4.3) Napětí a jeho teplotní koeficient jsou dány pouze fyzikálními konstantami a geometrií R2 a R1 Napětí bipolárního tranzistoru a jeho teplotní koeficient mají velmi malý rozptyl ( jsou dobře reprodukovatelné ). Je tedy vhodné použít napětí k vytvoření napěťové reference. 9

12 Obr. 4.2: Elementární BG reference (4.4) Po referenci musí platit: (4.5) Předpokládejme a : (4.6) Pokud je tedy,, poměr odporů a, má napětí nulový teplotní koeficient a jeho hodnota je: Hodnota 1,25V odpovídá šířce zakázaného pásu křemíku, odtud název BandGap reference. 10

13 Obr. 4.3: Jednoduchý předstabilizátor a obvod pro proudové nastavení (biasing) analogového IO Americký proudový zdroj ( ) umožňuje: konstrukci jednoduché BG reference pro napětí,,..., konstrukci obvodů pro proudové nastavení analogového IO konstrukci stabilizátoru (Vd) pro vyšší proud (emitor tranzistoru To) Tato konstrukce ale není vhodná při požadavku na vysokou přesnost. 11

Podobné dokumenty

PŘEDNÁŠKA 1 - OBSAH. Přednáška 1 - Obsah

PŘEDNÁŠKA 1 - OBSAH. Přednáška 1 - Obsah PŘEDNÁŠKA 1 - OBSAH Přednáška 1 - Obsah i 1 Analogová integrovaná technika (AIT) 1 1.1 Základní tranzistorová rovnice... 1 1.1.1 Transkonduktance... 2 1.1.2 Výstupní dynamická impedance tranzistoru...