Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Politechniki Lódzkiej; Komputerowe projektowanie ukladów

Ćwiczenie 6 (Tydzień 14, opcja 3) Analogowe zastosowania

tranzystorów MOS

Zadanie 6.1 (Tydzień 14, opcja 3) Wzmacniacz operacyjny z tranzystorami MOS

Wprowadzić za pomocą programu Multisim do schematu obwód pokazany na rysunku 6.1.

Schemat przedstawia klasyczny wzmacniacz operacyjny: dwustopniowy z wejściem ze wzmacniaczem różnicowym

i drugim stopniem - wzmacniaczem w klasie A. Wyprowadzenia ukladu oznaczono: ,,Wejście+", ,,Wejście-",

,,Wyjście", zasilanie stanowią niezależne źródla napięcia V1 i V2 (węzly +15 V i -15 V), rezystor RO dolączony do

wyjścia jest rezystorem obciążenia. Źródlo napięcia V3 jest źródlem sygnalu wejściowego (na wejściu

nieodwracającym).

Pierwszy stopień - wejściowy wzmacniacz różnicowy (bez zabezpieczeń wejść) z tranzystorami NMOS M1 i M2.

Polaryzacja pierwszego zrealizowana jest z wykorzystaniem źródla prądowego I1, a w obwodach drenów - lustrem

prądowym PMOS (M3 i M4) z rezystorami sprzężenia (R1, R2) i kompensacji punktów pracy oraz kompensacji

napięcia niezrównoważenia.

Drugi stopień wykonany jest z tranzystorem PMOS M5 polaryzowanym źródlem prądowym I2 oraz kondensatorem

kompensacji charakterystyki częstotliwościowej Ckomp.

UWAGA: na schemacie pokazano elementy obwodu sprzężenia zwrotnego: RA, RB, CB w polączeniu jak dla

wzmacniacza nieodwracającego i pelnym sprzężeniem (wtórnik napięciowy) dla skladowej stalej oraz na wejściu

nieodwracającym wejściowe źródlo napięcia V3. Uklad polączeń i wartości tych elementów należy dobrać w

zależności od wykonywanych symulacji.

Na wstępie przyjąć wartości zastosowanych elementów:

I1 ­ 10 mA

I2 ­ 100 mA

PMOS - do wyboru: BSP204/PLP lub IRF9540 (w Multisim także np. seria BSH201/2/3)

NMOS - IRF540 (w Multisim także np. seria 2N7000/2)

Ckomp - 0.1 nF

RS ­ 50 Ω

R1, R2 ­ 80 Ω dla BSP204/PLP, 500 Ω dla IRF9540

RA, RB, CB - dobrać samodzielnie jako elementy sprzężenia zwrotnego

V1, V2 ­ 15 V

V3 - źródlo napięcia, parametry dobrać samodzielnie

Dla tranzystorów zastosować makromodele pobrane z bibliotek elementów.

a)

ANALIZA DC: Wykreślić charakterystykę przejściową wzmacniacza operacyjnego. Określić na jej

podstawie wzmocnienie z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego.

Sprawozdanie: Zamieścić odpowiedni wykres i obliczenia.

b) ANALIZA AC: Wykreślić charakterystyki amplitudowe i fazowe obwodów w zakresie 10 Hz do

100MegHz (101 punktów na dekadę) dla wzmocnienia napięciowego równego 1 i 10.

Sprawozdanie: Zamieścić odpowiedni wykres (charakterystyka amplitudowa i fazowa).

c)  ANALIZA TRAN: Wykonać analizę wielkosygnalową o wymuszeniu zgodnym z rysunkiem 1.4.2 (przy

wzmocnieniu napięciowym równym 1) oraz sygnalem sinusoidalnym o częstotliwości 10 KHz i

amplitudzie 1 mV (przy wzmocnieniu napięciowym równym 1000).

Sprawozdanie: Zamieścić odpowiedni wykres.

d) PROJEKT I: Poslugując się odpowiednimi wzorami obliczyć wzmocnienie napięciowe poszczególnych

stopni oraz calości wzmacniacza (z otwarta pętlą sprzężenia). Obliczenia zweryfikować symulacjami i

wykresami (po zmianie wartości odpowiednich elementów w poszczególnych obwodach).

Sprawozdanie: Zamieścić odpowiednie obliczenia.

Strona 60 z 94