Материал: Методические указания по выполнению лабораторных работ № 5 – 6 по дисциплине «Схемотехническое проектирование аналоговых устройств». Балашов Ю.С., Мушта А.И
Основу схемы составляет дифференциальный каскад, выполненный на полевых транзисторах с индуцированным каналом.
V13, V14 - источники противофазных сигналов с амплитудой напряжения 250 мВ.
V6 - источник смещения с амплитудой напряжения 3,3 V.
R2, R3 и R4, R5 - резисторы задающие необходимое напряжение отсечки, составляющее 1,23 В для транзисторов M10 и M15.
Данная схема является наиболее эффективной из ранее заявленных и относительно проста при реализации ее в топологическом проектировании.
Сложность схемы заключается в правильном соотношении длины и ширины канала транзисторов при уходе от типовых значений влево и вправо, так как от правильного соотношения последних зависит качество сигнала на выходе удвоителя, а именно - уровень гармонических составляющих сигнала на выходе (умноженный, а в данном случае удвоенный сигнал) в полосе частот работы устройства должен оставаться стабильным, т.е. иметь малый разброс в соотношении четных гармоник (рис. 6.4).
|
а) |
|
|
|
б) |
Рис. 6.4. Результаты моделирования ячейки удвоителя при температуре 27 0С на частоте 10 МГц:
а) быстрое преобразование Фурье выходного сигнала;
б) входной и выходной сигналы умножителя
В табл. 6.2 сведены все результаты проведенных измерений. Моделирование ячейки удвоителя проводилось на частоте сигнала 10, 20, 50, 100 МГц при градиенте температур - 40..85 0С для различных параметров отклонения модели транзисторов от типового исполнения.
Таблица 6.2
Результаты моделирования ячейки удвоителя частоты
для модели tm транзистора
Частота, МГц |
Температура, 0C |
Уровень гармоник, дБ |
Напряжение питания, В |
10 МГц |
-40 |
∆2,1 = -132 ∆4,2 = - 87 ∆6,4 = - 46 |
3,3 В |
27 |
∆2,1 = -132 ∆4,2 = - 90 ∆6,4 = - 44 |
||
85 |
∆2,1 = -160 ∆4,2 = - 98 ∆6,4 = - 16 |
||
20 МГц |
-40 |
∆2,1 = 137,2 ∆4,2 = -84,8 ∆6,4 = -7,12 |
|
27 |
∆2,1 = -25,12 ∆4,2 = -88,5 ∆6,4 = -3,23 |
||
85 |
∆2,1 = 137,6 ∆4,2 = -94,8 ∆6,4 = 3,42 |
||
50 МГц |
-40 |
∆2,1 = 144,91 ∆4,2 = - 79,8 ∆6,4 = 4,3 |
|
27 |
∆2,1 = 145,11 ∆4,2 = -83,71 ∆6,4 = 8,78 |
||
|
85 |
∆2,1 = 145,11 ∆4,2 = - 88,45 ∆6,4 = 13,49 |
|
100 МГц |
-40 |
∆2,1 = 150,28 ∆4,2 = -76,84 ∆6,4 = 7 |
|
27 |
∆2,1 = 150,5 ∆4,2 = -80,76 ∆6,4 = 12,15 |
||
85 |
∆2,1 = 150,5 ∆4,2 = -85 ∆6,4 = 16,5 |
6.4. Контрольные вопросы
Поясните результаты моделирования.
Поясните назначение элементов в схеме.
В каком режиме должны находиться транзисторы в дифференциальном каскаде, чтобы обеспечивалось эффективное умножение.
Как влияет соотношение l/w на уровень гармоник выходного сигнала.
Что необходимо сделать, чтобы добиться стабильности выходной частоты усилителя.
Какие способы умножения частоты вы знаете? Если сможете, приведите примеры.
По каким гармоническим составляющим сигнала можно судить о качестве умножения?
При каком соотношении сигнал/шум можно судить о качестве усиления сигнала.
6.5. Требования к содержанию отчета
Отчет по лабораторной работе включает в себя следующие разделы.
Цель и задачи лабораторной работы.
Вариант задания.
Схема, построенная в САПР Cadence, согласно варианту задания.
Результаты моделирования и измерения.
Выводы по работе.
Библиографический список
Хохлов А.В. Полупроводниковые усилители и автогенераторы / А.В. Хохлов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1997.
Остапенко Г.С. Усилительные устройства: учеб. пособие для вузов / Г.С. Остапенко. М.: Радио и связь, 1989.
Калинин В.И. Введение в радиофизику / В.И. Калинин, Г.М. Герштейн. М.: Гостехиздат, 1957. 431 с.
Войшвилло Г.В. Усилительные устройства: учебник для вузов / Г.В. Войшвилло. 2-е изд, перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1983.
Фолькенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ПС / Л. Фолькенберри; пер. с англ.; под ред. М.В.Гальперина. М.: Мир, 1985.
Мушта А.И. Схемотехническое моделирование аналоговых электронных устройств усиления и генерации колебаний: учеб. пособие / А.И. Мушта, Ю.С. Балашов, О.П. Новожилов. Воронеж: ВГТУ, 2003. 144 с.
Крекрафт Д. Аналоговая электроника. Схемы, системы / Д. Крекрафт, С. Джерджли. М.: Техносфера. 2005.
Титце У. Полупроводниковая схемотехника / У. Титце, К. Шенк. Изд-во: ДМК Пресс, 2008.
Anelli (Low Voltage) Analog Design - Manila, 2002.
Содержание
Лабораторная работа № 5 …………………………............ |
1 |
Лабораторная работа № 6 …………………………............ |
23 |
Библиографический список ………………………………. |
35 |
Методические указания
по выполнению лабораторных работ № 5-6 по дисциплине «Схемотехническое проектирование аналоговых устройств»
Составители:
Балашов Юрий Степанович
Мушта Александр Иванович
Сумин Андрей Михайлович
В авторской редакции
Подписано к изданию 2011.
Уч.- изд. л. 2,11. «С»
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»
394026 Воронеж, Московский просп., 14