Двухкаскадный ИТУН с входом на N-канальных транзисторах и первым каскадом типа "ломаный каскад"
Разработка быстродействующего усилителя заданной архитектуры для заданного тока потребления (наибольшая частота единичного усиления и наибольшая скорость изменения выходного напряжения в режиме большого сигнала). Оценка запаса фазы и единичного усиления.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.11.2017 |
| Размер файла | 120,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Московский Государственный Институт Электронной Техники
(Технический Университет)
Курсовая работа
по предмету: Схемотехника
на тему: Двухкаскадный ИТУН с входом на N-канальных транзисторах и первым каскадом типа «ломаный каскод»
Выполнила:
Тиунова Е.В.
Москва 2002г.
Введение
Цель проекта- разработка наиболее быстродействующего усилителя заданной архитектуры для заданного тока потребления (наибольшая частота единичного усиления и наибольшая скорость изменения выходного напряжения в режиме большого сигнала).
Данные:
Vdda = 5 V.
СУММАРНЫЙ ТОК ПОТРЕБЛЕНИЯ - НЕ БОЛЕЕ 4 МА.
Дифференциальный низкочастотный коэффициент усиления - не менее 10000 при емкостной нагрузке. Ko=50 000
Запас фазы - не менее 60О.
Емкость конденсатора нагрузки - 5 пФ.
Число, выражающее превышение над порогом (VGS - VT) в милливольтах, должно быть не меньше толщины подзатворного окисла tOX в ангстремах.
Величина внешнего режимного тока: 10 мкА
Буквенные обозначения:
л - параметр модуляции длины канала, л=0.1
Co- емкость окисла, Со=1.8e10-3Ф
(Uзи-Uпор)- число, выражающее превышение над порогом
Iгр- граничный ток
(1) g= v(2IоCом(W?L)) - крутизна транзистора
(2) Iгр=ЅСoµ(W/L)(Uзи-Uпор)І - граничный ток
(3) g=в(Uзи-Uпор)- крутизна в пологовом режиме
Рассчеты.
Найдем выражение для коэффициента усиления Ко:
Ко равен произведению коэффициентов усиления первого каскада на второй
Ко=Ко1·Ко2
Для первого каскада
Ко1=2gвх1 ·Rвых1
где gвх1 - крутизна входного транзистора 1-го каскада, Rвых - выходное сопротивление.
Значит, gвх1= g(N1,N2)=v(2IоCом(Wвх?L));
Rвых1=(Rn4+Rn6)ll[(Rp2llRn2)+Rp4];
Rвых1=Rn4·(gn6·Rn6)ll[(Rp2llRn2)(gp4Rp4)]; Rвых1=(Rn4·gn6·Rn6(Rp2llRn2)(gp4·Rp4))/(Rn4·gn6·Rn6(Rp2+Rn2)+Rp2·Rn2·gp4·Rp4);
Для любого транзистора
Rвых=1/(лIгр),
где Iгр- граничный ток Iгр=ЅСo·µ(W/L)(Uзи-Uпор)І, л- параметр модуляции длины канала. Крутизны найдем по формуле (1).
Для второго каскада
Ко2=gn8·Rвых2 (т.к. N8- входной транзистор второго каскада)
Найдем выходное сопротивление второго каскада Rвых2=Rcи||Rcи(p5)
Rси=1/gси=1/(лIгр), но Ip5=In8, также лp=лn => Rси(n8)=Rси(p5)=Rси(n8)/2 усилитель ток потребление
Получим общую формулу для вычисления коэффициента усиления:
Ko=[v(2Iо/2Cом(Wвх?L))](Rn4·gn6·Rn6?Rp2?Rn2?gp4·Rp4)/(Rn4·gn6·Rn6(Rp2+)+Rn2Rn2? gp4·Rp4 ?Rp2 (Rси(n8)/2)[ v(2IоCом(Wn8?L))];
Она определяется через 2 неизвестных Wвх и Wn8-это входные транзисторы первого и второго каскадов.
Т.к. в данной схеме усиление велико (2 каскада), поэтому возьмем Ко=50000
Будем считать, что превышения над порогом транзисторов P1, P2,P3,P4,N5,N6одинаковы. Тогда можно будет оценить их ширины.
Т.к. все они находятся в пологовой области, то их крутизны
g=в(Uзи-Uпор)=v(2Iв),
в=мСоW/L
Можно принять, что Uзи-Uпор= 0.18В (в мВ равно толщине окисла в ангстремах. Тогда W=2I·L/(мCo(Uзи-Uпор)І);
WN?200мкм; WP?700мкм
Оценим величины частот, связанных с неосновными полюсами и основным.
Для этого найдем суммарные паразитные емкости для основного и неосновных полюсов. Основной полюс - точка F, неосновные полюса -точки А, B, С, D, E.
Рассмотрим точку А1(A2). Суммарная паразитная емкость УСа складывается из емкости Сзи засвор-исток транзистора N5, емкости Сзс затвор- сток тр-ра N3 и диффузной емкости Сдифф.
УСа= Сдифф+Сзи(n5)+Cзс(n3)
Найдем диффузную емкость. Она складывается из емкости донной части p-n перехода сток(исток)-затвор и из емкости боковой поверхности p-n перехода сток(исток)- подложка двух тр-ов (N5 и N3).
Сдна =СJn?W(A1+A2+A4)+CJn?W(A1+A2+A4)=2CJn?W(A1+A2+A4)
Сперим=2?СJSWn(W+2(A1+A2+A4);
Сзи(n5)=W?Co(2LD+Lэфф)=W?Co?L; Cзс=Сo?W?LD =>
УCa=W·Co·L+Co·W·LD+2CJn·W(A1+A2+A4)+2CJSWn(W+2(A1+A2+A4))
Т.к. L>>LD, W>>A1+A2+A4
то УCa?W·Co·L+2CJn·W(A1+A2+A4)+2CJSW·W
УCa?1e-12Ф/м; 1/щA=УCA/g
1/щA?25e-9;
Рассмотрим точку(узел)B1(B2). Суммарная паразитная емкость складывается из затворных емкостей транзисторов N3 и N4 Сзатв_n3+Cзатв_n5 и диффузных емкостей (N5 и P3). Отсюда аналогично точке А найдем УСb:
(учитывая, что для P- транзисторов Wp=3Wn=3W)
УСb=2W?L?Co+CJn?W(A1+A2+A4)+CJSWn(W+2(A1+A2+A4))+3CJp·W(A1+A2+A4)+CJSWp(3W+2(A1+A2+A4)
УСb2?W?L?Co+CJn?W(A1+A2+A4)+CJSWn·W+3CJp·W(A1+A2+A4)+CJSWp3W
УСb?8e-15 Ф/м; ;1/ щb= УCB/g;
щb?5e-11
Рассмотрим точку(узел)С1(C2). Его суммарная паразитная емкость складывается из емкостей Сзи(p3) , Сзс(n2), Cзс(p1) и диффузных емкостей P1, P3 и N2.
Учитывая, что Wp1=6W, Wp3=3W,
аналогично предыдущим емкостям найдем
УСс =3W?L?Co+7Co·W·LD+9CJp·W(A1+A2+A4)+ CJSWp(3W+2(3A1+A2+ +A4))+CJSWp(6W+2(A1+A2+A4))+CJn?W(A1+A2+A4)+CJSWn(W+2(A1+A2+A4))
УСс?3W?L?Co+9CJp·W(A1+A2+A4)+ CJSWp·3W+CJSWp·6W+CJn?W(A1+A2+A4)+CJSWn·W
УСс?43e-13 Ф/м; найдем теперь частоту неосновного полюса щс.
щс =g/ УСс;
1/ щC?25e-12;
Рассмотрим точку(узел)G. Это неосновной полюс, связанный со вторым каскадом. Найдем частоту щн(2каскада):
щн(2каскада)=gвх(2каскада)/(С1+С2+С1С2/Сс)
С1-суммарная паразитная емкость на выходе 1-го каскада
С2-второго каскада
С1 складывается из диффузной емкости тр-ов P4 и N6, емкостей затвор-сток N6 и P4, а также емкости затвора N8 (входного транзистора второго каскада)
С1=Сдифф +Сзс_n6+Cзс_p4+Cзатв_n8
С2 складывается из диффузной емкости тр-ов P5 и N8, емкости затвор-сток P5 и емкости нагрузки.
С2=Cзс_p5+Сдифф+Сн~Сн, т.к Cзс_p5+Сдифф<<Cн;
=> С1 =4W?LD?Co+3CJp·W(A1+A2+A4)+ CJSWp(3W+2(3A1+A2+A4))+ CJn?W(A1+A2+A4)+CJSWn(W+2(A1+A2+A4))+W·L·Co+CJn·W(A1+A2+A4);
С1?W?L?Co+3CJp·W(A1+A2+A4)+ CJSWp·3W+CJn?W(A1+A2+A4)+CJSWn·W;
С2? Сн+3CJp·W(A1+A2+A4)+3CJSWpW+CJn?W(A1+A2+A4)+CJSWn·W;
C1?1.4e-14
C2?1e-9
gвх(2каскада)=gN8=v(2IcoмWN8/L); gвх(2каскада)=2.14vWN8
Примем Сс=Сн, тогда получим частоту неосновного полюса, связанного со вторым каскадом: щн(2каскада)=щG
щG = WN8•20e9
Рассмотрим точку D
щD=(gN1+gN2)/УCD, где УСD- суммарная паразитная емкость узла D.
Она складывается из емкостей затвор-сток N7, затвор-исток N2, затвор-исток N1 и диффузных емкостей.
УСD=СзсN7+CзиN2+CзиN1+Cдифф
СзсN7=СoWLD; CзиN2= CзиN1=WвхСо(LD+Lэфф); Сдифф=Сдно+Сперим
УСD=СoWLD+2WвхСо(LD+Lэфф)+2CJSWN(Wвх+2(A1+A2+A4))+2CJNWвх(A1+A2+A4))+CJSNW(W+2(A1+A2+A4))+CJNW
УСD?2WвхСоL+2CJSWN•Wвх+2CJNWвх(A1+A2+A4))+CJSNW•W+CJNW(A1+A2+
+A4)
УСD?Wвх86e-9+8e-8
щD =v (Wвх)•e4/(Wвх86e-9+8e-8)
Теперь найдем частоту основного полюса (точка F)
щF=щосн=1/(Rвыхода1каскадаСсRвыхода2аскадаgN8), т.к N8- выходной транзистор второго каскада.
Rвыхода2аскада=RсиN8РРRсиP5
Получим щF=WN86e3
Можно найти частоту единичного усиления щE:
щE=2gвх/Сс=2gвх/Сн=v(Wвх/L)•2IoCoµ/Cн=v(Wвх)e5
Далее находим эквивалентную частоту:
1/ ?экв =2/щА+1/щB+2/щc+1/щG+1/щF+1/щD;
Из условия 1/щЭКВ=1/(4щЕ) получаем уравнение с двумя неизвестными, подставляем в него найденное из коэффициента усиления равенство WN8=2.6Wвх, отсюда WN8?30мкм; Wвх=12мкм
щэкв=8e5
Запишем выражение для передаточной функции:
Н(jщ)=50000/(1-jщ/1e3)(1-jщ/8e5)[(1+ (щ/1e3)І)( 1-(щ/8e5)І)]
Можно оценить запас фазы:
tgц?v3 => tgц=-щ(1/щосн+1/щэкв)/(1-щІ/щэквщосн)?-(щ/щосн)/(1-щІ/щоснщэкв)=Ко/(1-Ко/4)?4
т.к. щэкв=4щЕ; щосн= щЕ/Ко; щосн<< щэкв
Схема двухкаскадного ИТУН с входом на N-канальных транзисторах и первым каскадом типа ломаный каскод.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет интегрирующего усилителя на основе операционного усилителя с выходным каскадом на транзисторах. Основные схемы включения операционных усилителей. Зависимость коэффициента усиления от частоты, а также график входного тока усилительного каскада.
курсовая работа [340,2 K], добавлен 12.06.2014Изучение работы усилителей постоянного тока на транзисторах и интегральных микросхемах. Определение коэффициента усиления по напряжению. Амплитудная характеристика усилителя. Зависимость выходного напряжения от напряжения питания сети для усилителя тока.
лабораторная работа [3,3 M], добавлен 31.08.2013Использование для усиления узкополосных сигналов так называемых резонансных усилителей (ламповых и транзисторных). Разработка принципиальной электрической схемы усилителя сигнала с амплитудной модуляцией. Расчет характеристики, графика выходного сигнала.
курсовая работа [168,9 K], добавлен 17.12.2009Определение параметров работы двухкаскадного усилителя тока с непосредственной связью, выполненного на германиевых (Ge) транзисторах структуры n-p-n по заданным показателям. Основные расчеты показателей преобразования напряжения, коэффициентов усиления.
практическая работа [70,3 K], добавлен 04.01.2011Разработка структурной схемы усилителя низкой частоты. Расчет структурной схемы прибора для усиления электрических колебаний. Исследование входного и выходного каскада. Определение коэффициентов усиления по напряжению оконечного каскада на транзисторах.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.07.2021Выбор типа выходного каскада исходя из необходимой величины напряжения питания. Расчет цепей фильтрации по питанию. Выбор выходных транзисторов, необходимых для усилителя низкой частоты. Расчет фазоинверсного каскада и каскада предварительного усиления.
курсовая работа [476,7 K], добавлен 29.11.2011Разработка усилителя низкочастотного сигнала с заданным коэффициентом усиления. Расчеты для каскада с общим коллектором. Амплитуда высших гармоник. Мощность выходного сигнала. Синтез преобразователя аналоговых сигналов на базе операционного усилителя.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 21.02.2016Расчет оконечного каскада усилителя, ведущего каскада на транзисторе VT2, коэффициента гармоник, первого каскада усиления, амплитудно-частотных искажений. Способы соединения каскадов в многокаскадных усилителях. Диапазон частот усиливаемых сигналов.
курсовая работа [654,9 K], добавлен 30.11.2012Выбор и обоснование структурной схемы усилителя. Преобразование энергии источника постоянного напряжения в энергию переменного напряжения в выходной цепи. Линейный и нелинейный режимы работы. Двухтактный бестрансформаторный каскад усиления мощности.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 21.11.2013Сущность процесса усиления - получения копии входного сигнала большей мощности. Расчет импульсного усилителя, рассчитанного на транзисторах и на базе интегральных микросхем. Расчет структурной схемы, оконечного, предоконечного, предварительного каскада.
контрольная работа [148,2 K], добавлен 18.12.2011Требования к сопротивлению усилителя. Определение режима транзистора. Цепи питания и термостабилизация. Параметры эквивалентной схемы. Промежуточный каскад усиления. Параметры усилителя в области малых времен. Расчет запаса устойчивости усилителя.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 09.03.2015Проектирование бестрансформаторного усилителя низкой частоты, расчет коэффициента усиления и диапазона возможных значений. Определение схемы выходного каскада и типов транзисторов каскадов усиления. Расчет электрической принципиальной схемы усилителя.
курсовая работа [138,4 K], добавлен 29.06.2015Проектирование усилительных устройств на транзисторах. Расчет коэффициента усиления, амплитудных, фазочастотных и переходных характеристик, коэффициента нелинейных искажений уровня помех чувствительности и устойчивости, входного и выходного сопротивления.
курсовая работа [4,0 M], добавлен 07.01.2015Усилительный каскад с применением транзистора как основа электроники. Расчет импульсного усилителя напряжения с определенным коэффициентом усиления. Выбор схемы усилителя и транзистора. Рабочая точка оконечного каскада. Расчет емкостей усилителя.
курсовая работа [497,5 K], добавлен 13.11.2009Разработка электрической схемы резистивного усилителя. Построение гиперболы рассеивания при статическом режиме. Формула расчета уравнения нагрузочной прямой. Определение параметров тока, полосы пропускания и полосы усиления при динамическом режиме.
контрольная работа [584,8 K], добавлен 14.05.2014Характеристика источников опорного напряжения статического режима транзисторов. Предназначение генератора стабильного тока. Работа дифференциального усилителя в режиме синфазного усиления. Работа усилителя мощности. Композитное включение транзисторов.
реферат [358,6 K], добавлен 22.02.2011Аппроксимация полиномом седьмой степени экспериментальной зависимости коэффициента усиления заданного усилительного каскада на полевом транзисторе типа 2П905А(119J). Определение параметров нелинейности третьего порядка и выбор режима работы каскада.
курсовая работа [467,6 K], добавлен 01.04.2013Исследование работы интегрального усилителя в различных режимах. Подключение усилителя как повторителя. Измерение входящего и выходящего напряжения. Определение частоты пропускания усилителя. Анализ способов получения большого усиления на высокой частоте.
лабораторная работа [81,5 K], добавлен 18.06.2015Изучение методов проектирования, расчета и моделирования усилителей с использованием САРП. Расчёт коэффициента усиления напряжения разомкнутого усилителя. Выходной, входной каскад и расчет емкостных элементов. Коэффициент усиления и цепь обратной связи.
курсовая работа [327,1 K], добавлен 05.03.2011Назначение и структура каскадов супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты. Расчет частотного плана, энергетического плана, контура частотного детектора. Усилительные свойства радиоприемника. Частота единичного усиления транзистора.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 02.05.2016
