Московский Государственный Институт Электронной Техники

(Технический Университет)

кафедра “Телекоммуникационные системы”

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По курсу «Основы схемотехники»

Тема : “ИТУН типа «усилитель тока» с входом на

Р-канальных транзисторах. Быстродействующая схема”.

Выполнил: студент гр. МП-39

Быков Владимир

Проверил: Круглов Ю.В.

Москва 2002г.

Содержание:

1. Цель проекта

2. Основные формулы и параметры

3. Расчет токов в ветвях и параметров транзисторов

4. Расчет полюсов и нулей передаточной функции

5. Вычисление коэффициента усиления схемы и частоты

единичного усиления

6. Расчет запаса фазы

7. Реакция схемы на большой сигнал

8. Вычисление размаха выходного напряжения

1. Цель проекта

В данном проекте передо мной была поставлена задача разработать и просчитать схему источника тока, управляемого напряжением (ИТУН) типа «усилитель тока» с входом на Р - канальных транзисторах, обладающего наибольшим быстродействием при заданном токе потребления (наибольшая частота единичного усиления и наибольшая скорость изменения выходного напряжения в режиме большого сигнала).

В результате расчетов нужно получить:

1. Полюса передаточной функции

2. Низкочастотный коэффициент усиления схемы (не менее 10000)

3. Частота единичного усиления

4. Параметры транзистора

5. Запас фазы (не менее )

6. Скорость изменения выходного напряжения в режиме большого сигнала

7. Размах выходного напряжения

2. Основные формулы и параметры

SPICE – параметры моделей МОП – транзисторов :

Имя параметра	ПАРАМЕТР	Размерность	Значение параметра
			N - МОПТ	P – МОПТ
VTO	Пороговое напряжение при нулевом смещении подложки	В
TOX	Толщина подзатворного окисла	М
UO	Подвижность носителей в инверсном слое канала
LD	Длина области перекрытия затвором диффузионной области истока или стока	м
Lambda	Параметр модуляции длины канала	1 / В
CJ	Удельная емкость донной части p-n перехода сток (исток) – подложка на ед. площади при нулевом смещении	Ф / м
CJSW	Удельная емкость боковой поверхности p-n перехода сток (исток) – подложка на ед. площади при нулевом смещении	Ф / м

Основные формулы, применяемые для расчета усилителя:

• Ток стока транзистора в пологом режиме:

()

• Ток стока транзистора в крутом режиме:

• Крутизна транзистора:

()

3. Расчет токов в ветвях и параметров транзисторов

На рисунке приведена схема ИТУНа типа «усилитель тока» с входом на Р – канальных транзисторах. Суммарный ток потребления схемы 100 мкА, емкость конденсатора нагрузки Сн = 5 пФ, число, выражающее превышение над поро-гом (Vзи - Vt) в милливольтах транзисторов, у которых исток соединен с питанием, а напряжение затвора управляется каким – либо током должно быть не менее толщины подзатворного окисла в ангстремах, пусть это будет 180 мВ .

Суммарный ток потребления делится в следующем соотношении:

20% на схему смещения, 80% - на схему усилителя, из них 1/3 идет на 1-ый каскад, 2/3 – на второй. Итого получаем:

• режимный ток транзисторов и токи в ветвях выходного

каскада:

• токи в ветвях 1 – го (входного) диф-каскада:

Длины каналов L всех транзисторов равны 0.8 мкм.

Транзисторы Р3 и Р4 выходного каскада находятся в пологом режиме, превышение над порогом равно 180 мВ, из формулы для тока транзистора в пологом режиме находим ширину транзистора:

Транзисторы Р5 и Р6 того же каскада находятся в крутой области, исходя из топологических соображений можно считать, что ширины каналов транзисторов Р4 и Р6 равны ширинам Р3 и Р4 :

Wp5,p6 = Wp3,p4 =1.63мм

Ширины N-канальных транзисторов выходного диф–каскада найдем аналогично, подставив в формулу для тока соответствующую подвижность:

WN3,N4,N5,N6 = WP3/3.6 = 0.45 мм

Транзисторы N1 и N2 входного каскада находятся в пологом режиме , из формулы тока находим ширины:

Ток, идущий на схему смещения равен 18 мкА, он делится следующим образом:

10 мкА – на 1-ю ветвь (опорный ток);

по 6 мкА – на 2-ю, 3-ю,4-ю ветви;

Транзистор N1b находится в крутой области, ток в нем определяется по формуле:

Из формулы для тока находим ширину транзистораN1B:

Аналогичные рассуждения проводим для транзисторов Р1В и Р2В.

Ширина канала транзистора Р1В равна:

4. Расчет полюсов и нулей передаточной функции

Действительный полюс i-го узла определяется по формуле:

;

где Сi – емкость i-го узла, gi – крутизна транзистора, отвечающего за полюс.

1. Узел I – отвечает за неосновной полюс, его емкость определяется суммой паразитных емкостей узла :

CI = Cзс(N3) + Cзс(Р5) + Cз(Р5,Р4) + Cдна + Cперим

Сзс(N3) = Cox*WN3*LDN =

Сзс(Р5)=Сox*WP5*LDN=

Cз(Р3)=Сox*Wp3*L=

Cз(Р4)=Сox*Wp4*L=

Cдно(N3)=CJN*WN3*(L+2*LDN)=

Cпер(N3)=CJSWN*WN3*(2*L+4*LDN)= Ф

Сдно(Р5)=CJP*WP3*(L+2*LDp)=

Cпер(Р5)=CJSWP*WP5*(2*L+4*LDP)=

2. Узел II –отвечает также за неосновной полюс. Его емкость равна:

CII = Cзс(Р1) + Cз(N6) + Cдна + Cперим

Сзс(P1) = Cox*WP1*LDP =

Сз(N6,N1) = Cox*WN1*L =

Cдно(N1)=CJN*WN1*(L+2*LDN)=

Cпер(N1)=CJSWN*WN1*(2*L+4*LDN)= Ф

Сдно(Р1)=CJP*WP1*(L+2*LDp)=

Cпер(Р1)=CJSWP*WP1*(2*L+4*LDP)=

Данный узел отвечает также за нуль передаточной функции, его частота находится из следующего выражения:

3. Узел III, его емкость находится из следующего выражения:

CШ = Cзс(Р3) + Cзи(Р5) + Cдна + Cперим

Сзс(P3) = Cox*WP3*LDP =

Сзи(P5) = Cox*WP5*(L – LDP) =

Сдно(Р3,Р5)=CJP*WP3*(L+2*LDp)=

Cпер(Р3,Р5)=CJSWP*WP3*(2*L+4*LDP)=

4. Узел IV. Отвечает за неосновной полюс:

CIV = Cзи(N3) + Cзc(N5) + Cдна + Cперим

Сзи(N3) = Cox*WN3*(L – LDN) =

Сзс(N5) = Cox*WN5*LDN =

Cдно(N1,N5)=CJN*WN1*(L+2*LDN)=

Cпер(N1)=CJSWN*WN1*(2*L+4*LDN)= Ф

5. Узел «ВЫХОД». Данный узел отвечает за основной полюс. Частота основного полюса находится по формуле:

5. Вычисление коэффициента усиления и частоты единичного усиления

6. Расчет запаса фазы

7. Реакция схемы на большой сигнал

В режиме большого сигнала, когда на один из входов подается большое положительное, а на другой – большое отрицательное напряжение, весь режимный ток течет в одном из входных транзисторов : Р1 или Р2.

Допустим весь ток течет через Р1. В режиме малого сигнала ток через транзистор N1 равен , а ток через N6 равен ширина канала N6 в 2 раза больше ширины N1. В режиме большого сигнала . Ток через Р4 равен , значит емкость нагрузки будет перезаряжаться разностью токов, протекающих в N6 и Р4:

8. Вычисление размаха напряжения