- •1. Введение в анализ и синтез базовых узлов линейной обработки
- •1.1. Преобразование Лапласа как метод анализа линейных схем
- •1.2. Примеры расчета передаточных функций некоторых пассивных
- •1.2.1. Пассивный rc фильтр низких частот первого порядка
- •1.2.2. Простейший пассивный rlc фильтр низких частот
- •1.3. Примеры расчета передаточных функций простейших активных
- •1.3.1. Неинвертирующий усилитель
- •1.3.2. Инвертирующий усилитель
- •1.3.3. Активный инвертирующий интегратор
- •1.4. Введение в реализацию arc биквада
- •1.4.1. Принцип масштабирования пассивных элементов в arc фильтрах
- •1.5. Введение в концепцию переключаемых конденсаторов
- •1.5.1. Неинвертирующий переключаемый конденсатор с задержкой,
- •1.5.2. Неинвертирующий переключаемый конденсатор без задержки,
- •1.5.3. Инвертирующий пк интегратор без задержки, не чувствительный
- •1.5.4. Инвертирующий переключаемый конденсатор с задержкой,
- •1.5.5. Неинвертирующий пк интегратор с задержкой
- •1.6. Реализация биквада на базе переключаемых конденсаторах
- •1.7. Дискретизация аналогового сигнала. Идеальные выборки
- •1.7.1. Передаточная функция пк интегратора без задержки
- •1.7.2. Передаточная функция пк интегратора с задержкой
- •Модели элементов интегральных схем
- •3. Базовые элементы кмдп операционных усилителей
- •3.1. Простейший усилитель напряжения с общим истоком
- •3.1.1. Простейший усилительный каскад с общим истоком и активной
- •3.1.2. Малосигнальные характеристики простейшего кмдп усилителя
- •3.1.3. Частота единичного усиления простейшего усилителя
- •3.1.4. Соотношение малосигнальных параметров простейшего
- •3.1.5. Простейший усилитель в режиме большого сигнала
- •3.1.6. Расчет выходного сопротивления
- •3.1.7. Элементарный анализ величины входной емкости. Емкость Миллера
- •3.1.8. Пример топологии простейшего усилителя
- •3.2. Выходное сопротивление и коэффициент передачи каскада с диодом в нагрузке
- •3.3. Токовое зеркало
- •3.3.1. Формирование режимных потенциалов в простейшем усилителе с общим истоком
- •3.4. Истоковый повторитель
- •3.4.1. Выходное сопротивление и входная емкость истокового
- •3.5. Метод увеличения выходного сопротивления усилителя
- •3.6. Каскодный усилитель
- •3.6.1. Передаточная функция простейшего каскодного усилителя с идеальной токовой нагрузкой
- •3.6.2. Роль емкости в выходном узле каскодного усилителя.
- •3.6.3. Диапазон изменения выходного напряжения
- •3.6.4. Схемы формирования постоянного смещения на затворе каскодного транзистора.
- •3.6.5. Каскодное токовое зеркало
- •3.6.6. Самосмещаемое каскодное токовое зеркало
- •3.7. Концепция активного каскодного транзистора (материал для дополнительного изучения подготовленными студентами с использованием периодической литературы)
- •3.8. Дифференциальный каскад
- •3.8.1. Допустимый диапазон входного синфазного напряжения
- •3.8.2. Дифференциальный каскад как источник тока, управляемый входным напряжением. Несимметричный и симметричный входные сигналы
- •4. Архитектуры кмдп операционных усилителей
- •4.1. Методика оценки малосигнальных характеристик операционного усилителя
- •4.1.1. Методика замены нескольких действительных неосновных полюсов в передаточной функции операционного усилителя одним «эффективным» неосновным полюсом
- •4.1.2. Расчет запаса фазы операционного усилителя с действительными
- •4.2. Однокаскадные операционные усилители как операционные
- •4.2.1. «Телескопический» оитун
- •4.2.1.1. Базовые характеристики «телескопического» оитун
- •4.2.1.2. Упрощенная методика расчета фазы в «телескопическом» усилителе
- •4.2.1.3. Оценка частот неосновных полюсов «телескопического» оитун
- •4.2.1.4. Анализ переходных процессов
- •4.2.2. «Согнутый» каскодный оитун с р-канальным входом
- •4.2.2.1. Диапазоны входного синфазного и выходного напряжений
- •4.2.2.2. Режим малого сигнала
- •4.2.2.3. Переходной процесс в режиме большого сигнала
- •4.2.3. «Согнутый» каскодный оитун с n-канальным входом
- •4.3. Двухкаскадный операционный усилитель (оитун)
- •4.3.1. Базовая схема двухкаскадного оитун
- •4.3.2. Эквивалентная малосигнальная схема двухкаскадного усилителя
- •4.3.3. Передаточная функция двухкаскадного усилителя
- •4.3.4. Соотношение частот неосновного полюса, нуля и частоты единичного усиления
- •4.3.5. Частота единичного усиления двухкаскадного оитун
- •4.3.7. Реакция двухкаскадного оитун на большой входной сигнал.
- •4.3.8. Реакция двухкаскадного оитун на большой синусоидальный
- •4.3.9. Распространенная архитектура двухкаскадного оитун
- •5. Шум и его анализ в кмдп аналоговых имс
- •5.1. Основные определения
- •5.1.1. Cуммирование шумов
- •5.1.2. Анализ шума в частотной области
- •5.2. Пример расчета шума arc фильтра первого порядка
- •5.2.1. Реакция на шумовой источник тока
- •5.2.2. Реакция на шумовой источник тока
- •5.2.3. Реакция на шумовой источник напряжения
- •5.4. Приведенный ко входу собственный «белый» шум повторителя
- •5.5. Собственный шум многокаскадного усилителя
- •5.6. Шум каскодного усилителя
- •6. Полностью дифференциальные оитун
- •6.1. Базовая архитектура полностью дифференциальных схем
- •6.2. Принципиальные преимущества полностью дифференциальных схем
- •6.2.1. Зависимость потенциала общего истока дифкаскада от сигнала
- •6.3. Принципиальные недостатки полностью дифференциальных схем
- •6.4. Варианты непрерывных во времени схем синфазной обратной связи (сос).
- •6.4.1. Схема с ограниченным диапазоном входных сигналов.
- •6.4.2. Непрерывная во времени cхема сос с максимальным диапазоном
- •6.4.3. Варианты схем синфазной обратной связи на базе переключаемых конденсаторов
3.3. Токовое зеркало
Примем во внимание выражение (3.33), демонстрирующее относительную незначительность тока в сопротивлении сток-исток (в пологой области) в сравнении с граничным током. В связи с этим будем считать, что ток МДП транзистора в пологой области НЕ ЗАВИСИТ от напряжения сток-исток, т.е.. Подобное допущение позволяет адекватно понять принцип работы электрической схемы, являющейся неотъемлемой частью практически любого аналогового узла. Эта схема называется ТОКОВЫМ ЗЕРКАЛОМ. Два токовых зеркала, как дляp-канальных, так и для n-канальных транзисторов изображены на рис. 3.15(а) и 3.15(b) соответственно.
Назначением токового зеркала является создание источников тока с заранее известными этапе проектирования значениями токов. Проведем иллюстрацию этого тезиса на примере p-канального токового зеркала на рис. 3.15(а).
«Сердцем» любого токового зеркала является комбинация МДП диода (на рис. 3.15(а) – на базе транзистора ) и источника ИЗВЕСТНОГО базового режимного тока (на рис. 3.15(а) – токаот источника отрицательного напряжения питания). Равенство базового режимного тока, заряжающего соединенные друг с другом в узле А затвор и сток транзистора, а также тока в этом транзисторе, разряжающего узел А до, поддерживают узел А в стационарном состоянии при постоянном потенциале относительно:
(3.54)
Рис. 3.15. Токовые зеркала: (а) для p-канальных и (в) для n-канальных транзисторов
Пусть длины всех p-канальных транзисторов на рис. 3.15(а) одинаковы, что предполагает равенство их пороговых напряжений. Пусть также на интегральной схеме ширины всех p-канальных транзисторов специально заданы таким образом, что заранее известны соотношения ширин их каналов:
; (3.55)
Принимая во внимание одинаковость длин каналов всех p-канальных транзисторов, равенство потенциалов их истоков и затворов, а также соотношение (3.55), можно сделать вывод, что:
; (3.56)
Таким образом, задавая на топологии интегральной схемы определенные соотношения между шириной транзистора диода, через который протекает ИЗВЕСТНЫЙ базовый режимный ток и ширинами транзисторов с затворами, соединенными с затвором диода (при условии одинаковости потенциалов истоков), можно создавать источники тока с задаваемыми на стадии проектирования ИЗВЕСТНЫМИ величинами токов. Полярность этих токов противоположна полярности базового тока, а, именно, на рис. 3.15(а) известный базовый ток соединен с источником отрицательного источника питания, тогда как созданныеp-канальные источники тока соединены с источником положительного питания, т.е. имеем «токовое зеркало».
Аналогично рассуждая, легко понять принцип токового зеркала для n-канальных транзисторов на рис. 3.15(b).
Вернемся к рис. 3.3, на котором изображен простейший усилитель с активной нагрузкой. Режимный ток усилителя задавался нагрузочным p-канальным транзистором выбором постоянного потенциала на его затворе. При анализе усилителя по умолчанию подразумевалось, что постоянное режимное смещение на затвор ВХОДНОГО транзистора, обеспечивающее равенство режимного тока во входном n-канальном транзисторе задаваемому режимному току в нагрузочном p-канальном транзисторе, создавалось соответствующей схемой.