Широкополосные усилители.

A_U

ШПУ ШПУ

е_г Z_н е_г Z_н

t = RC t=1/w w=2pf внешн. f_{гр.верх} f

компоненты инер-ть т-ров

Избирательные усилители.Работают в узкой полосе частот Df. Должны обеспечивать минимальную обратную передачу сигнала. Характеризуются параметром добротность: Связь обычно трансформаторная.

Q=f₀/Df. A_U

Df

ИУ

f₀ f

Низкочастотный усилитель. Усилитель мощности. Пример обозначения одновходового усилителя см. выше.

A_u

Внешние свойства компонентов схемы

элементы.

Тепловые

связи в U_вх U_вых

кристалле

f

Сравнение. Схемы компараторов. Функция сравнения аналоговых величин U₁ и U₂ с заданной точностью D.

При совпадении входных переменных функция сравнения отождествляется с одним из состояний двузначной логики, U_вых = A , при отсутствии совпадения состояние считается противоположным: U_вых = - A .

Идеальный компаратор реализует функцию с нулевой погрешностью, = 0:

U_вых = A при U₁ = U₂,

U_вых = -A при U₁ ¹ U₂. U₁ 1 - U_вых

C

U₂ +

2

Применение идеального компаратора позволяет формировать сигналы нужной длительности и формы, преобразовывать аналоговую информацию в цифровую.

Ограничение. Схемы ограничителей выполняют следующую функцию преобразования зависимости f(U₁):

U₂ = f(U₁) при U₂^{^}<U₂<U₂^{^^}, U₂^{^^}

U₂ = U₂^{^^} при U₂ U₂^{^^},

U₂ = U₂^{^} при U₂ U₂^{^} 0 U₁ U_вх U_вых

U₂^{^} двусторонний ограничитель

Ограничители используются для изменения формы сигнала. С помощью идеальных функций усиления и ограничения можно хорошо описать нелинейные искажения в реальном ОУ, если превышен допустимый диапазон сигналов на входах. Разность U₂^{^^}-U₂^{^} определяет динамический диапазон ОУ (одна из неидеальностей схемы).

Перемножение. Схема должна выполнять умножение аналоговой величины U на другую величину V:

U_вых = kUV,

k - масштабный коэффициент, не зависящий от U и V.

Схемы перемножителей позволяют проводить калибровку и масштабирование сигналов, в радиотехнике позволили унифицировать такие преобразования, как модуляция, умножение, деление, гетеродинирование и демодуляцию частот.

U

V U_вых

Частотная фильтрация . Схемы реализуют выделение требуемого диапазона частот из входного полного спектра. Традиционно такие фильтры выполняли на LC-контурах, электромеханических резонаторах. В микроэлектронике функции выполняются при помощи RC- цепей и ПЗС- приборов. Различают полосовые фильтры, а также фильтры высоких и низких частот.

U_вх U_вых U_вх U_вых U_вх U_вых

Полосовой ЧФ ВЧ фильтр НЧ фильтр

Составными частями АИС являются часто используемые схемы, выполняющие специализированные функции, или аналоговые эталоны, например, стабилизаторы напряжения, источники тока, источники напряжения, автогенераторы со стабильной точной частотой колебаний.

· источник синусоидального напряжения E

· источник постоянного (I) или переменного (J) тока I, J

· источник постоянного напряжения + Е₀

-

· реализация напряжения Е₀ из напряжения Е, E₀<E.

Е R E₀ E R E₀

Линейно-импульсные схемы. Преобразование характера информации из аналоговой в импульсную (цифровую) и наоборот.

1. Аналоговая в импульсную. Модулятор.

2. Импульсная в аналоговую. Демодулятор.

3. Аналоговая в цифровую (стандартную) АЦП.

4. а) цифровая (амплитуды импульсов) - в цифровую стандартную

б) цифровая (стандартная) - в цифровую (уровни тока), формирователи тока для перемагничивания ферритовых сердечников в ПЗУ.

в) цифровая в аналоговую, ЦАП.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АНАЛОГОВЫХ СХЕМ

1. Расчет усилительных каскадов. A_U, A_I, A_P.

2. Расчет дифференциальных каскадов.

3. Расчет частотных характеристик.

4. Температурная стабилизация режимов транзисторов.

5. Тепловые связи кристалла.

Л Е К Ц И Я 2

Термины и определения в АИС.

Сигналы в аналоговых схемах могут быть сложной формы. Аналоговый сигнал представляется в векторной, комплексной форме, определяются амплитуда для реальной (Re) и мнимой (Im) части, фазовый угол j:

j A

ImA A_m -t₀ T t

(j₀) (wt=2p) (wt)

В аналоговой схемотехнике часто пользуются обозначением комплексной переменной j, a не i, чтобы не путать с величиной тока i.

Кроме амплитуды определяется действующее значение сигнала:

U = U_m/Ö2, I = I_m/Ö2.

Сигналы в АИС могут быть синусоидальными:

- случай, когда сигнал входа начинается не из 0.

При зависимости входного сигнала от частоты f реактивные элементы L и С искажают входные сигналы. В схемах с такими элементами закон Ома будет справедлив, если использовать понятие импеданс, или полное сопротивление. Соответственно для резистора, конденсатора и индуктивности импеданс определяется следующим образом:

.

Величина тока, соответственно:

Диапазоны изменения и усиления сигналов в АИС очень велики, поэтому используют логарифмические масштабы и нормализованные величины. Самая распространенная единица измерения величин сигналов – децибелл.

ДЕЦИБЕЛ: аппарат измерения амплитуды синусоидальных сигналов.

дБ = 20 lg(A₂/A₁).

А - амплитуды сигналов:

· если А₂ больше А₁ - отношение положительное, +20 или другое число,

· если меньше - отрицательное, -20 дБ и т.д.

Аналогично можно считать отношение мощностей:

дБ = 10 lg(P₂/P₁).

Вводят эталонную амплитуду дБВ - 1 Вольт.

3 дБ = 20 lg(A₂/A₁) Þ значит, A₂/A₁ @ 1,4;

6 дБ = 20 lg(A₂/A₁) Þ ……. » 2;

8 дБ = 20 lg(A₂/A₁) Þ ……. » 2,5,

10 дБ = 20 lg(A₂/A₁) Þ ………. » 3,1.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХСХЕМ

Пассивные элементы: резисторы, конденсаторы, индуктивности, диоды.

Активные элементы: транзисторы.

ПАССИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АИС

Интегральный резистор (ИР). Интегральное исполнение резисторов определяет распределенный характер их параметров, который необходимо учитывать в модели сопротивления для схемотехники.

Структура резистора выглядит следующим образом для двух основных технологических маршрутов:

L

U_ип L W R W

R Si^* x_j

n⁺ SiO₂

x_j p p p

n

биполярная структура МДП- структура

Номинал сопротивления рассчитывается по формуле:

R=n_. Нужно знать поверхностное сопротивление в Ом/квадрат и число квадратов n_.

Большие номиналы резисторов выполняются в виде меандров, они занимают большие площади, поэтому их выполняли прежде в гибридном исполнении. Например, резистор 50 кОм занимает площадь, равную площади 7 ИБТ или 50 МДПТ.

I_R пробой

раб.обл.

U

Каждый резистор конструктивно имеет распределенную емкость обратно-смещенного перехода в первом случае или МДП- типа во втором.

Эквивалентная электрическая схема интегрального резистора чаще всего представляется следующим образом:

R уровень распределенности может быть выше.

Þ C/2 C/2

В интегральной структуре сопротивление верхнего и нижнего слоев тела резистора может отличаться, поэтому более точная модель резистора может выглядеть следующим образом:

1 R1 2

П-образная схема резистора

С1 С2

3 R2 4

Определение параметров эквивалентной схемы резистора.

По слоям (r₀ – погонное сопротивление/ед. длины).

Для определения емкостей находим величины зарядов:

при К.З. узлов 2-4 определяем емкость на зажимах 1-3,

где С₀(l) - удельная емкость на квадрат площади, u(l) - напряжение в точке l.

Если пренебречь изменениями тока,

В случае проводящего нижнего слоя (r₀₂ = 0), R₂ = 0, формулы упрощаются соответственно.

RС- структуры могут быть однородными (С/ = const, R/ = const) или неоднородными (C/ = var, R/ = var).

Паразитный RC- эффект можно использовать для создания специальных схемных функций. RC- структуры используют в качестве ускоряющих,интегрирующих или дифференцирующих цепочек:

R ускоряющая цепь

C

R1

C1 C2 линия задержки