- •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
4.2.2.1. Диапазоны входного синфазного и выходного напряжений
Легко убедиться, что диапазон входного синфазного напряжения определяется выражениями (3.102) и (3.103). Диапазон же выходного напряжения определяется также известным выражением (3.86 а,b). , т.е максимален для каскодного усилителя с каскодной сборкой из двух транзисторов. В этом смысле однокаскадный ОИТУН на рис. 4.2 может подходить для применения в качестве операционного ИТУН (ОИТУН) для использования в узлах с емкостной нагрузкой. Возможность произвольно изменять входное синфазное напряжение в тех же пределах, как и у стандартного дифкаскада, позволяет использовать «согнутый» ОИТУН на рис. 4.2 в ПК интеграторах с предельно малым напряжением питания.
4.2.2.2. Режим малого сигнала
Подобно тому, как обосновывалось выражение (4.19) для частоты единичного усиления в «телескопическом» ОИТУН, можно обосновать использование этого же выражения и для «согнутого» ОИТУН. Итак, для согнутого» ОИТУН (4.26)
Величина максимального размаха выходного напряжения :
(4.27)
Оценка запаса фазы по упрощенной методике аналогична приведенной выше для «телескопического» ОИТУН.
Номинальные значения напряжений сток – исток определяются из условия нахождения всех транзисторов в пологой области в режиме большого сигнала.
4.2.2.3. Переходной процесс в режиме большого сигнала
Подобно тому, как обосновывалось поведение «согнутого» ОИТУН в режиме малого сигнала, описывается поведение ОИТУН в режиме большого сигнала. Если потенциал скачком уменьшился относительнона достаточно большую величину (см. главуIII с описанием дифкаскада), так что весь режимный ток стал протекать вМ1, то суммарная емкость выходном узле начинает разряжаться кпостоянным током.
Таким же током заряжается ксуммарная емкостьвыходном узле при скачкообразном уменьшении потенциалаотносительно. В обоих случаях скорость изменения выходного напряжения
. (4.28)
Доказательство справедливости выражения (4.28) предоставляется студентам.
4.2.3. «Согнутый» каскодный оитун с n-канальным входом
На рис. 4.3 изображен «согнутый» каскодный ОИТУН с n-канальным входом.
Рис. 4.3. «Согнутый»
каскодный ОИТУН
с n-канальным входом.
Все концептуальные рассуждения и заключения идентичны или похожи на оные для уже рассмотренного выше ОИТУН с р-канальным входом. Отличия – только количественные и, практически, – только в режиме малого сигнала, поскольку:
(А) входные транзисторы являются n-канальными с увеличенной подвижностью приблизительно в 3 раза;
(В) паразитная емкость узла А приблизительно в 3 раза меньше, чем на рис. 4.2, однако паразитные емкости узлов D1 и D2 почти во столько же раз больше.
Выражения для частоты единичного усиления в режиме малого сигнала и изменения выходного напряжения в режиме большого сигнала – такие же, как для предыдущей схемы на рис. 4.2.