Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Politechniki Lódzkiej; Komputerowe projektowanie ukladów

Zadanie 6.2 (Tydzień 14, opcja 3) Wzmacniacz operacyjny z tranzystorami CMOS

Wprowadzić za pomocą programu Multisim do schematu obwód pokazany na rysunku 6.2.

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

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

zasilanie stanowią niezależne źródla napięcia V1 i V2 (węzly +15 V i -15 V).

Pierwszy stopień - wejściowy wzmacniacz różnicowy (bez zabezpieczeń wejść) z tranzystorami NMOS Q1 i Q2.

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

prądowym PMOS (Q7 i Q8). W obwodzie źródel ­ to lustro prądowe z tranzystorami NMOS Q3 i Q4.

Drugi stopień wykonany jest z tranzystorem PMOS Q6 polaryzowanym z lustra prądowego NMOS Q5 oraz

kondensatorem kompensacji charakterystyki częstotliwościowej C1.

UWAGA: na schemacie pokazano tylko wzmacniacz - elementy calego obwodu: uklad polączeń i wartości

elementów, należy dobrać w zależności od wykonywanych symulacji.

Na wstępie przyjąć wartości zastosowanych elementów:

I1 ­ 0.5 mA

PODPOWIEDŹ: jako modele w pelni konfigurowalne można wykorzystać elementy z wbudowanej biblioteki

Multisim o symbolach MOS_N i MOS_P. Wersje o 4 wyprowadzeniach (podloże) są oznaczone MOS_N_4T i

MOS_P_4T. UWAGA: aby zmieniać podane niżej parametry modelu należy najpierw we wlaściwościach

tranzystora, w oknie ,,value" wejść w ,,Edit model" i w pierwszej kolejności zmodyfikować odpowiednio poziom

modelu LEVEL.

C1­ 0.1 pF

V1, V2 ­ 15 V

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

100 GHz (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.

e)  PROJEKT II: Zastąpić źródlo prądowe I1 - źródlem wykonanym z wykorzystaniem modeli elementów o

rzeczywistych parametrach wykonanych w technologii MOS. Wyjaśnić na podstawie przeprowadzon ych

symulacji znaczenie stosowania modeli elementów o rzeczywistych parametrach. Wyjaśnić wplyw

wartości prądu tego źródla na dzialanie wzmacniacza.

Sprawozdanie: Zamieścić odpowiednie obliczenia i wykresy.

f)  PROJEKT III: Na schemacie wykorzystano tranzystory o parametrach kanalu: 100/100, 100/300,

100/1000 i 100/3000. Wyjaśnić na podstawie symulacji znaczenie takiego doboru parametrów kanalu.

Czy są to wartości stosowane w praktyce? Określić, w jaki sposób parametry te dobrać optymalnie.

Sprawozdanie: Zamieścić odpowiednie uzasadnienie.

Strona 62 z 94