Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώµατα ΙΙ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώµατα ΙΙ"

Ῥουβήν Ιανός Παπαστεφάνου
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώµατα ΙΙ Εισαγγή στα Ολο. Κυκλ.ü Βασική Φυσική MO ü Ενισχυτές ενός σταδίου ü Διαφορικοί Ενισχυτέςü Καθρέφτες Ρεύµατος ü Απόκριση Συχνότητας ü Ηλεκτρικός Θόρυβος ü Ανατροφοδότηση ü Σχεδιασµός Τελεστικών Ενισχυτών ΤΕü Ευστάθεια και Αντιστάθµιση Κυκλώµατα Αναφοράς equired Text: Dein of Analo MO Interated ircuit Behzad azavi oyrihted Imae reroduced with kind ermiion of The McGraw-Hill omanie, Inc. Ανασκόπηση Κεφαλαίου «Ευστάθεια και Αντιστάθµιση» Η ανατροφοδότηση προσφέρει αρκετά πλεονεκτήµατα µε την παροχή ακρίβειας και γραµµικότητα µε αντάλλαγµα τη θυσία του κέρδους. Όµς η ανατροφοδότηση φέρνει µαζί της την πιθανή αστάθεια και έτσι χρειαζόµαστε τα ανάλογα εφόδια για σστή αντιµετώπιση της. Θα µελετήσουµε: Τα βασικά κριτήρια για ευστάθεια Μεθόδους αντιστάθµισης Την εφαρµογή τν µεθόδν σε ΤΕ

2 Βασικά Κριτήρια Για Ευστάθεια Barkhauen riteria Y X H βh βh j βh j Το σύστηµα ταλαντεύεται όταν: βh j 8 3 Ασταθής και Ευσταθής Συστήµατα Bode Plot Gain croover oint GX Phae croover oint PX Με µείση του β µπορεί να σταθεροποιηθεί το σύστηµα 4

3 Ευστάθεια και Μιγαδικοί Πόλοι tability and omlex Pole Ο πόλος σ j σε συστήµατα κλειστού βρόχου έχει παλµική απόκριση f t ex σ j t xamle Y X 5 Βασικό Μονοπολικό Σύστηµα A H / Κλίση -db/decade Y X A βa βa. Μας ενδιαφέρει το βη για ευστάθεια. Το σύστηµα αυτό είναι πάντα σταθερό; 6 3

4 Βασικό Μονοπολικό Σύστηµα Ο γεµετρικός τόπος τν ριζών root locu µας απεικονίζει εύκολα της περιοχές ευστάθειας Y X A βa βa βa 7 Πολυ-πολικά Συστήµατα Κλίση -db/decade Κλίση -4dB/decade Εάν µειθεί το β τότε το σύστηµα µπορεί να γίνει πιο σταθερό, χρίς να µετακινηθούν οι πόλοι. 8 4

5 5 9 Παράδειγµα Γεµετρικού Τόπου Σχεδίασε τον γεµετρικό τόπο τν ριζών root locu για ένα σύστηµα µε δύο πόλους / / A H / / A A A A X Y β β Οι ρίζες µε κλειστό βρόγχο είναι 4, A β ± H H X Y β fx ax bx c a ac b b 4, ± Παράδειγµα Γεµετρικού Τόπου Όταν β,, -, - 4, A β ± Όταν οι δύο ρίζες είναι η ίδιες 4 A β

6 Περιθώριο Φάσης Τι απόσταση είναι λογική µεταξύ του GX και PX; Gain roover and Phae roover oint Τί είναι το κέρδος κλειστού βρόγχου όταν η απολαβή του βρόγχου είναι και η φάση 75 ; Στο GX, βhj ex-j75 Y X H βh ex j75 β ex j j.87 β.38 j.87 uler Formula e jx cox iinx Y X.5 j β.87 β 6

7 Περιθώριο Φάσης -8 Περιθώριο Φάσης, θ m 45 3 Περιθώριο Φάσης Το κέρδος είναι 3% πιο ψηλό όταν βη, δηλαδή: Το κέρδος είναι όπς πρέπει, δηλαδή: Το σύστηµα αργεί να φτάσει την τελική του τιµή Y X.3 j β Υπό-απόσβεση Under-damed Y X j β κρίσιµη-απόσβεση ritically-damed Υπέρ-απόσβεση Over-damed 4 7

8 Οι Περιορισµοί της Ανάλυσης Μικρών Σηµάτν Η ανάλυση µικρών σηµάτν δίνει θ m 65 αλλά η µεταβατική ανάλυση tranient analyi µεγάλν σηµάτν διαφέρει αφού συµπεριλαµβάνει επιπλέον επιδράσεις αφού µε µεγάλες αλλαγές οι πόλοι κινούνται 5 Αντιστάθµιση Συχνότητας Η αντιστάθµιση είναι η επεξεργασία του κέρδους η τν θέσεν τν πόλν ή τν µηδενικών ώστε να βελτιθεί το περιθώριο φάσης Σπρώχνεται η φάση σε πιο ψηλές συχνότητες Μειώνεται το κέρδος µε την µεταφορά του πόλου σε πιο χαµηλές συχνότητες 6 8

9 Αντιστάθµιση 7 Μονοσταδιακός Μονοέξοδος ΤΕ Ο υπερισχύν πόλος είναι αυτός της εξόδου 8 9

10 Προ-αντισταθµική και Μετααντισταθµική Απόδοση 9 Αντιστάθµιση Διαλέγουµε το επιθυµητό περιθώριο φάσης Βρίσκουµε τη νέα τοποθεσία του πόλου Αλλάζουµε την χρητικότητα στον κατάλληλο κόµβο Η αύξηση του out δεν έχει τη σστή επίδραση γιατί φέρνει τον πόλο µέσα αλλά αυξάνει ταυτόχρονα το κέρδος

11 Πλήρς Διαφορικός Τηλεσκοπικός ΤΕ πόλος Υπερισχύν πόλος πόλος Εµπέδηση Κασκδικής Πηγής Ρεύµατος Z out ro 7 r ro 7 ro 7 r r m5 o5 m5 o5 o7 N N [ r r r ] m5 o5 r m5 o5 o7 r o7 o7 N Το κασκδικό φορτίο δεν αυξάνει τν αριθµό τν πόλν αλλά µετακίνα τον υπάρχοντα πόλο

12 Αντιστάθµιση Σε Ενισχυτές τν Δυο Σταδίν Οι δυο υπερισχύν πόλοι Για σταθεροποιηθεί το σύστημα χρειάζεται τεράστιο πυκντή στο κόμβο Ε, και ακόμα μπορεί να ασταθείς Πώς προχρούμε; 3 Αντιστάθµιση και η επίδραση Miller Επίδραση Miller: eq Av f π out [ A v ] 4

13 3 5 Αντιστάθµιση Σε Ενισχυτές τν Δυο Σταδίν [ ] m f ', π Από ανάλυση από το 6 ον κεφάλαιο: υποθέστε ότι το συμπεριλαμβάνει το GD9 >> Ε Α r r r r m m r r 6 Αντιστάθµιση Σε Ενισχυτές τν Δυο Σταδίν ' 9, m A f π >> 9 9 m m π π Ε Α f X f A /π f /π f X f,a 9 m π f, [ ] m π Επίσης από ανάλυση από το 6 ον κεφάλαιο:

14 Αντιστάθµιση Σε Ενισχυτές τν Δυο Σταδίν Ε Α Θυμηθείτε από τη λεπτομερή ανάλυση από το 6 ον κεφάλαιο ότι υπάρχει μηδενικό στον αριθμητή της συνάρτησης μεταγγής z / f m9 Z HP π π m9 7 Φάση και Μέγεθος Μηδενικού στο Δεξί Πεδίο HP Αυξάνει το κέρδος, και μειώνει το περιθώριο φάσης Y / z X / / / 3 8 4

15 Αφαίρεση Μηδενικού στο Δεξί Πεδίο HP f Z " / m 9 # Z Η απόδειξη θα είναι μέρος της Κ.Ε. 8 9 Αφαίρεση Μηδενικού στο Δεξί Πεδίο HP f Z π / m9 Z Είτε σχεδιάζουμε το τον ον πόλο με το μηδενικό z / m9 είτε εξουδετερώνουμε!! f Z f ' P,A! / m9 " Z " m9! Z m9 ΌΌμς: Είναι δύσκολα εφαρμόζεται η πάν εξίσση όταν το φορτίο αλλάζει Η υλοποίηση του Z σε ολοκληρμένο κύκλμα πρέπει να γίνει με ένα κατάλληλα πολμένο τρανζίστορ m9 3 5

16 Αφαίρεση Μηδενικού στο Δεξί Πεδίο HP Μεγάλα σήµατα στην έξοδο διασυνδέονται µέσ του και έτσι µπορεί να φύγει από τη γραµµική περιοχή το τρανζίστορ. Το πιο πάν κύκλµα παράγει τη σστή τάση για το V b και προσαρµόζεται σε αλλαγές κατασκευαστικές ή θερµοκρασίας. 3 Πόλση Για Αφαίρεση Μηδενικού στο Δεξί Πεδίο HP η µέθοδος I V V V V : G3 G 9 G5 G4 m4 µ ox W / 4 VG4 VTH 4 on5 µ m4 ox W / V W / W / G5 V TH 5 m5 Εφόσον m 5 m4 W / W /

17 Πόλση Για Αφαίρεση Μηδενικού στο Δεξί Πεδίο HP η µέθοδος Για να εξουδετερώνουμε τον ον πόλο με το μηδενικό 5 Z m9! # " $ & W / 4 % m4 W / 5 I V V V V : G3 G 9 G5 G4 m µnox W ID W / 5 W / 4 W / 9 I I D9 D4 33 Πόλση Για Αφαίρεση Μηδενικού στο Δεξί Πεδίο HP η µέθοδος Ο λόγος τν αντιστάσεν παραμένει ο ίδιος με ακρίβεια οπόταν μπορεί να χρησιμοποιήσουμε πόλση που προσαρμόζεται αναλόγς! Κύκλµα πηγής ρεύµατος αναφοράς Ib Για να εξουδετερώνουμε τον ον πόλο με το μηδενικό Z! m9!.k. / m9 I D9 I D Ib 34 7

18 Επίδραση Πυκντή ς Φορτίο Η αύξηση του φορτίου σε ενισχυτές ενός σταδίου φέρνουν τον υπερισχύν πόλο σε πιο χαμηλή συχνότητα έτσι αυξάνοντας το περιθώριο φάσης Η αύξηση του φορτίου σε ενισχυτές τν δυο σταδίν φέρνουν τον δεύτερο πόλο σε πιο χαμηλή συχνότητα έτσι μειώνοντας το περιθώριο φάσης βλε. διαφ Επιπρόσθετες Τεχνικές Αντιστάθµισης Το μηδενικό παρουσιάζεται όταν το σήμα προχρά απευθείας στην έξοδο μέσον του πυκντή αντιστάθμισης Ο ακολουθητής τάσης αφήνει ανατροφοδότηση χρίς πρόσ-τροφοδότηση 36 8

19 Επιπρόσθετες Τεχνικές Αντιστάθµισης f m f π m π π m 37 Επιπρόσθετες Τεχνικές Αντιστάθµισης 38 9

20 Επιπρόσθετες Τεχνικές Αντιστάθµισης f π m m m π m Αυξήθηκε η συχνότητα του δεύτερου πόλου f π m Μειώθηκε η συχνότητα του πρώτου πόλου 39 Ρυθµός µεταβολής σε ΤΕ τν δυο σταδίν 3 4 V out I t dv dt out I dvout I I D3 dt ή 4

21 Ρυθµός µεταβολής σε ΤΕ µε Επιπρόσθετη Τεχνική Αντιστάθµισης dv dt out I 4

Σχετικά έγγραφα

Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώματα ΙΙ. Ανασκόπηση Κεφαλαίου «Απόκριση Συχνότητας»

Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώματα ΙΙ Εισαγωγή στα Ολο. Κυκλ. Βασική Φυσική MO Ενισχυτές ενός σταδίου Διαφορικοί Ενισχυτές Καθρέφτες Ρεύματος Απόκριση Συχνότητας Ηλεκτρικός Θόρυβος Ανατροφοδότηση Σχεδιασμός