2.4. Требования к содержанию отчета

Отчет по лабораторной работе включает в себя следующие разделы:

1. Цель и задачи лабораторной работы.

2. Электрическая схема (заданного варианта), выполненная в САПР Cadence.

3. Графические зависимости, полученные при моделировании.

4. Полученные параметры схемы.

5. Вывод по работе.

2.5. Контрольные вопросы

1. Опишите последовательность схемотехнического проектирования дифференциального каскада усиления.

2. Какие виды анализа вы использовали при моделировании?

3. Какая нагрузка позволяет достичь максимального коэффициента усиления при прочих равных условиях: резистивная, транзистор в диодном подключении или токовое зеркало?

Лабораторная работа № 3 Схемотехническое проектирование дифференциальных усилителей в технологии с проектными нормами 90 нм

3.1. Цель работы: освоить методику схемотехнического проектирования дифференциальных КМОП усилителей в САПР Cadence в технологии с проектными нормами 90нм.

3.2. Методические указания к выполнению работы

Ознакомиться с материалом лекции «Схемотехническое проектирование дифференциальных каскадов усиления».

3.2.1. Контрольные вопросы

1. Что такое дифференциальное напряжение и синфазное напряжение?

2. Какие элементы используются в качестве нагрузки дифференциального каскада? Какие из них более предпочтительны и почему?

3. Какие схемы используются в качестве источника тока для дифференциального каскада?

4. Назовите основные достоинства дифференциального каскада.

3.3. Лабораторные задания

В схемотехническом редакторе Virtuoso Schematic Editing соберем схему, изображенную на рис. 3.1.

Напряжение питание 1,2 В, амплитуда входного синусоидального сигнала равна 2 мВ. Зададим смещение 400 мВ, чтобы входные транзисторы находились в насыщении. Длина канала 200 нм.

Рис. 3.1. Схема дифференциального каскада с резистивной нагрузкой и идеальным источником тока

Зададим отображаемые сигналы, как показано в Analog Design Environment.

Рис. 3.2. Analog Design Environment с заданными сигналами

С помощью параметрического анализа подберем размеры транзисторов и резисторов так, чтобы получить коэффициент усиления А = 3.

Рис. 3.3. Временная диаграмма входного и выходного напряжений

1. Собрать схему, изображенную на рис. 3.4. Амплитуда входного синусоидального сигнала 3 мВ, смещение – 400 мВ.

2. Получить коэффициент усиления 20.

3. Измерить АЧХ.

4. Написать отчет.

Рис. 3.4. Схема дифференциального каскада

Лабораторная работа № 4 Схемотехническое проектирование операционных усилителей

4.1. Цель работы: приобретение схемотехнического моделирования операционного усилителя в среде САПР Cadence

4.2. Домашнее задание и методические указания по его выполнению

Для современных интегральных ОУ характерны две структуры: трехкаскадная и двухкаскадная.

Трехкаскадная структура (рис. 4.1,а) включает дифференциальный усилитель (ДУ), усилитель напряжения (УН), усилитель амплитуды (УА) и выходной эмиттерный повторитель (ЭП).

Рис. 4.1. Структура типового ОУ: трехкаскадная (а)

и двухкаскадная (б) модели ОУ

Первый каскад ОУ - дифференциальный с эмиттерной связью и резисторной нагрузкой, необходимой для уменьшения дрейфа нуля, подавления синфазной помехи, увеличения входного сопротивления и усиления входного дифференциального сигнала.

Второй каскад - усилитель напряжения обеспечивает основное усиление входного дифференциального сигнала по напряжению, строится также по дифференциальной схеме и включает специальную схему сдвига потенциала.

В третьем каскаде – усилителе амплитуды – обычно совмещаются схемы усиления сигнала, схемы сдвига уровня и формирования выходного двухполярного неискаженного сигнала. Как правило, все схемы ОУ заканчиваются эмиттерными повторителями (ЭП), которые определяют нагрузочную способность ОУ и не участвуют в формировании его коэффициента усиления.

Двухкаскадная модель ОУ (рис. 4.1,б) включает дифференциальный усилитель (ДУ), усилитель амплитуды (УА) и выходной эмиттерный повторитель (ЭП). В этой модели первый каскад выполняет функции входного ДУ и малосигнального УН, а также схемы сдвига уровня.

В остальном каскады УА и ЭП не отличаются от одноименной трехкаскадной модели.

На рис. 4.2 приведена упрощенная принципиальная схема двухкаскадного ОУ.

Рис. 4.2. Упрощенная принципиальная схема двухкаскадного ОУ

Дифференциальный каскад ОУ выполнен на транзисторах Т1..Т4. Транзисторы Т1, Т2 образуют дифференциальный усилитель, а транзисторы Т3, Т4 - его динамическую нагрузку. Выходным сигналом дифференциального каскада является 2i₁ - ток, который поступает в интегрирующее звено, выполненное на транзисторах Т5, Т6 и корректирующею емкость C_к. Выходным сигналом интегратора тока является напряжение U1, равное напряжению на конденсаторе C_к.

Повторитель напряжения выполнен на транзисторах Т7, Т8 по схеме с эмиттерной нагрузкой. При отсутствии обратной связи тангенс угла наклона характеристик в диапазоне − U_{вх макс} … +U_{вх макс} равен коэффициенту усиления К₀. Максимальное напряжение U_{вых макс} близко к напряжению источников питания ± Е_п. В реальных ОУ наблюдается разбаланс, который устраняется подачей на вход ОУ внешнего напряжения смещения нуля ±U_см.