Cеминары 12-13

Задача 1. Балансный высокочувствительный усилитель для смешанных сигналов.

Самый распространенный тип чувствительных усилителей – дифференциальный каскад. Оба плеча ДУ перед циклом усиления обязательно смещаются внешними цепями. В качестве нагрузки используются резисторы большого номинала, но чаще - активная нагрузка, токостабилизирующая или токовые зеркала. Нагрузочный элемент не имеет значения для данного этапа анализа.

Предполагаем абсолютную симметрию плеч усилителя:

k₁ = k₂ =k, U_пор1 = U_пор2 =U_пор.

Z₁ Z₂ I

V₁ T1 T2 V₂ I_Cmax

V₀

I₀ U_CИ

Величина минимального информационного сигнала

u = U₁ – U₂ .

Благодаря внешнему смещению транзисторы открываются, за их затворах устанавливается предварительное отпирающее напряжение U_предв.

Классическая аппроксимация для токов в плечах транзисторов, работающих в пологой области ВАХ:

Анализируем полученное выражение. Для увеличения чувствительности усилителя необходимо увеличивать крутизны транзисторов, предварительное напряжение отпирания, тогда при минимальной величине информационного сигнала u получим максимальный перепад тока. Отметим, что при этом изменяются следующие характеристики схемы: или растет площадь (крутизна), или увеличивается потребляемая мощность (при U, I )/

Задача 2. Стабилизатор напряжения на МДПТ.

Задание: проанализировать схему на устойчивость к изменениям напряжения питания, определить соотношения крутизн транзисторов, обеспечивающие работоспособность схемы.

U_ИП

Т5 Т1

⁰ V1

U_вых T2

⁰ V2

T4 T3

Транзисторы Т1,Т2,Т3, Т5 работают в пологой области ВАХ (U_ЗИ = U_CИ).

Запишем выражения для ВАХ с учетом коэффициента влияния подложки:

- Получим выражение для напряжения U_ЗИ.

- Определим потенциалы подложки для транзисторов Т1,Т2,Т3.

- суммарное напряжение в правом плече схемы определим по правилу Кирхгофа:

- Решим совместно это уравнение относительно U_ЗИ3 и воспользуемся общим выражением для U_ЗИ, полученным выше:

.

Так как U_ЗИ3 >U_пор , то U_ИП > U_пор(a₂ – a₁).

Теперь можно определить величину U_вых и исследовать его стабильность. Если нужна большая величина выходного напряжения – транзистор Т4 должен работать в пологой области ВАХ, если малая – в крутой.

- Пусть транзистор Т4 работает в пологой области ВАХ:

Вывод: при условии величина выходного напряжения не зависит от размеров транзисторов Т1 – Т5 и величины напряжения источника питания.

- Обеспечение пологой области ВАХ транзистора Т4. Запишем условие выполнения режима:

- Пусть транзистор Т4 работает в крутой области ВАХ.

Нагрузочный транзистор выходного плеча Т5 работает в пологой области ВАХ. Запишем выражение для его тока, а также выразим напряжения затвор-исток для Т4 и Т5:

Пользуясь полученным выражением, определим стабильность выходного напряжения:

Производная будет равна нулю, если

В результате дифференцирования получили выражение, в котором осталась величина напряжения источника питания. Вывод: схема нестабильна при любом соотношении размеров транзисторов в схеме, если Т4 работает в крутой области ВАХ.

- Для случая реализации схемы стабильного выходного напряжения можно оценить численные значения параметров.

При k1 = k2 = k3,  = 0.25, U_пор0 = 0,7 В, k₀ = 40 мкА/В²,

a₁ = 0,

a₂ = 3 + 3 + ² ,

U_вых = U_пор0(2+). K4/k5  14.5,

В диапазоне напряжений 3 В < U_ИП < 10 В,

U _вых  1,575 В.

Задача 3. Каскодный источник тока.

В задаче нужно определить режимы работы транзисторов.

U⁺

Q1 Q2 Q3

8.3 В 2.3 В

Q4 Q5

100 40k I₀ I₀ = 200

5 k

U^-

Семинары 14-15.

Усилители на МДП- транзисторах.

1. схема с ОИ.

2. схема с ОЗ, преобразователь импедансов.

3. истоковый повторитель

Задачи для анализа:

• определение передаточной крутизны (расчет),

• малосигнальные эквивалентные схемы МДПТ,

• расчет коэффициентов усиления на заданный тип нагрузочного элемента,

• вид передаточной характеристики в зависимости от коэффициента усиления,

• определение суммарной емкости выходного узла соответствующего ключа.

Каскадное включение усилительных элементов. Расчет коэффициента усиления.

Тест: сочетание 2-3 ключей, каскоды, расчет выходного импеданса и оценка выходной емкости узла.

Семинар 16. Зачетное занятие.