6.3. Лабораторные задания и методические указания по их выполнению
Собрать схему согласно дифференциального каскада, согласно данным табл. 6.1.
Провести необходимый анализ компонентов, входящих в состав схемы
Произвести моделирование схемы на частоте, согласно варианту задания
Построить АЧХ, ФЧХ усилителя
Представить спектр выходного сигнала
Вычислить коэффициент усиления
Провести необходимую коррекцию схемы
Таблица 6.1
Исходные данные
№ варианта |
Напряжение питания, В |
Тип отклонения от типовой модели |
Длина канала (l), u |
Ширина канала (w), u |
1 |
1,8 |
tm |
0,6 |
0,8 |
2 |
0,6 |
10 |
||
3 |
10 |
10 |
||
4 |
3,3 |
ws |
0,6 |
0,8 |
5 |
0,6 |
10 |
||
6 |
10 |
10 |
||
7 |
1,65 |
wp |
0,6 |
0,8 |
8 |
0,6 |
10 |
||
9 |
10 |
10 |
Пример выполнения задания
Схема удвоителя частоты построенного на дифференциальной паре представлена на рис. 6.3.
Рис. 6.3. Схема удвоителя частоты на дифференциальном каскаде
Основу схемы составляет дифференциальный каскад, выполненный на полевых транзисторах с индуцированным каналом.
V13, V14 - источники противофазных сигналов с амплитудой напряжения 250 мВ.
V6 - источник смещения с амплитудой напряжения 3,3 V.
R2, R3 и R4, R5 - резисторы задающие необходимое напряжение отсечки, составляющее 1,23 В для транзисторов M10 и M15.
Данная схема является наиболее эффективной из ранее заявленных и относительно проста при реализации ее в топологическом проектировании.
Сложность схемы заключается в правильном соотношении длины и ширины канала транзисторов при уходе от типовых значений влево и вправо, так как от правильного соотношения последних зависит качество сигнала на выходе удвоителя, а именно - уровень гармонических составляющих сигнала на выходе (умноженный, а в данном случае удвоенный сигнал) в полосе частот работы устройства должен оставаться стабильным, т.е. иметь малый разброс в соотношении четных гармоник (рис. 6.4).
|
а) |
|
|
|
б) |
Рис. 6.4. Результаты моделирования ячейки удвоителя при температуре 27 0С на частоте 10 МГц:
а) быстрое преобразование Фурье выходного сигнала;
б) входной и выходной сигналы умножителя
В табл. 6.2 сведены все результаты проведенных измерений. Моделирование ячейки удвоителя проводилось на частоте сигнала 10, 20, 50, 100 МГц при градиенте температур - 40..85 0С для различных параметров отклонения модели транзисторов от типового исполнения.
Таблица 6.2
Результаты моделирования ячейки удвоителя частоты
для модели tm транзистора
Частота, МГц |
Температура, 0C |
Уровень гармоник, дБ |
Напряжение питания, В |
10 МГц |
-40 |
∆2,1 = -132 ∆4,2 = - 87 ∆6,4 = - 46 |
3,3 В |
27 |
∆2,1 = -132 ∆4,2 = - 90 ∆6,4 = - 44 |
||
85 |
∆2,1 = -160 ∆4,2 = - 98 ∆6,4 = - 16 |
||
20 МГц |
-40 |
∆2,1 = 137,2 ∆4,2 = -84,8 ∆6,4 = -7,12 |
|
27 |
∆2,1 = -25,12 ∆4,2 = -88,5 ∆6,4 = -3,23 |
||
85 |
∆2,1 = 137,6 ∆4,2 = -94,8 ∆6,4 = 3,42 |
||
50 МГц |
-40 |
∆2,1 = 144,91 ∆4,2 = - 79,8 ∆6,4 = 4,3 |
|
27 |
∆2,1 = 145,11 ∆4,2 = -83,71 ∆6,4 = 8,78 |
||
|
85 |
∆2,1 = 145,11 ∆4,2 = - 88,45 ∆6,4 = 13,49 |
|
100 МГц |
-40 |
∆2,1 = 150,28 ∆4,2 = -76,84 ∆6,4 = 7 |
|
27 |
∆2,1 = 150,5 ∆4,2 = -80,76 ∆6,4 = 12,15 |
||
85 |
∆2,1 = 150,5 ∆4,2 = -85 ∆6,4 = 16,5 |