Μέθοδος Σταθερών Χρόνου Ανοικτού Κυκλώματος

Transcript

1 AO Ηλεκτρονική ΙΙΙ Παύλος - Πέτρος Σωτηριάδης Μέθοδος Σταθερών Χρόνου Ανοικτού Κυκλώματος (OCTC) Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών - Μηχανικών Υπολογιστών

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 Υπενθύµιση : ΚάνατετηνΕπανάληψηπουείπαµε??? 3

4 ΣταθερέςΧρόνουΑνοιχτούΚυκλώµατος (1) Ονόµατα : Τικάνει: - Open Circuit Time Constants OCTC - Zero-Value Time Constant Analysis 1) ΒρίσκειΠροσεγγιστικάτην f -3dB ενισχυτών 2) Μας δείχνει τα στοιχεία του κυκλώµατος που είναι υπεύθυναγιατο (χαµηλό) f -3dB Γιατί χρειαζόµαστε την OCTC???. Γιατί σε (ισοδύναµο) κύκλωµα µε 3 η περισσότερους πυκνωτές δεν είναι εύκολοναυπολογίσειςαναλυτικάτο f -3dB ούτεναβρειςτιφταίειανείναιχαµηλό ιάβασµα: 1) Ενότητες 6.4 & 6.6 στο Sedra/Smith τόµοςα (9.4.3 στην 6ηέκδοση) Καικατ' επιλογή: 2) κεφάλαιο «Zero-Value Time Constant Analysis» στο Gray & Meyer 4

5 ΣταθερέςΧρόνουΑνοιχτούΚυκλώµατος (2) Γενικάπερίπροσεγγίσεων. in Πραγµατικό Κύκλωµα out in Σχηµατικό Κυκλώµατος Με τρανζιστορς κτλ out Προσέγγιση in in Σχηµατικό Κυκλώµατος Με µοντέλα των τρανζιστορς κτλ (SPICE) Σχηµατικό Κυκλώµατος Με Απλοποιηµένα µοντέλα των τρανζιστορς κτλ (για ανάλυση µε το χέρι) out out in Σχηµατικό Κυκλώµατος Με Απλοποιηµένα µοντέλα των τρανζιστορς κτλ (για ανάλυση µε το χέρι) Και προσέγγιση (OCTC) η άλλες out 5

6 ΣταθερέςΧρόνουΑνοιχτούΚυκλώµατος (3) ΗΙδέα : s s s s H. O. T.( s) z1 z2 zm z1 z2 zm F( s) = A = A s s s s H. O. T.( s) p p p p p p 1 2 n 1 2 m s z 1 z 2 z m A s p1 p2 pm Προσέγγιση υποθέτοντας λειτουργία σε «σχετικά» χαµηλές συχνότητες όπου οι HOT(s) είναι αµελητέοι 1 A s 1 p 1 Προσέγγιση υποθέτοντας ύπαρξηκύριου (dominant) Πόλου, που είναι και πολύ µικρότερος από τα µηδενικά : p << p, p,..., p, z, z,..., z n m

7 ΣταθερέςΧρόνουΑνοιχτούΚυκλώµατος (4) Τιµπορούµεναυπολογίσουµε (εύκολα): s z 1 z 2 z m 1 F( s) A A s 1 s p p 1 p2 pm 1 Θεώρηµα = R C + R C R C 1 2 n p1 p2 pm C 1 C 2 C n Όλοι οι πυκνωτές του κυκλώµατος εκτός τους (ιδανικά ) bypass και coupling! Οπότε: p 1 1 R C + R C R C 1 2 n C 1 C 2 C n 7

8 ΣταθερέςΧρόνουΑνοιχτούΚυκλώµατος (5) Μια γρήγορη µέθοδος για να: Εφαρµογή: βρείτεπροσεγγιστικάτο f -3dB [ συνήθωςπεσιµιστικήεκτίµηση ] Ναεντοπίσετετα R, C, g m που «ευθύνονται»γιατοµικρό f -3dB Είναι περισσότερο σχεδιαστικό εργαλείο παρά για «τελικούς» υπολογισµούς. Χρησιµοποιείται όταν το κύκλωµα έχει R, C και Εξαρτηµένες Πηγές ουλεύει καλά σε αλυσίδες (cascades) ενισχυτικών βαθµίδων εν είναι αξιόπιστο όταν στην συνάρτηση µεταφοράς: εν υπάρχει dominant πόλος Υπάρχουν µηδενικά (σε χαµηλά σχετικά συχνότητες) εν είναι αξιόπιστο όταν υπάρχουν παράλληλα µονοπάτια σήµατος Προσοχή µε bypass και coupling capacitors (ιδανικά άπειρους) ( βραχυκυκλώστε τους στο µοντέλο µικρού σήµατος) 8

9 ΣταθερέςΧρόνουΑνοιχτούΚυκλώµατος (6) OCTC σε 4 βήµατα : 1) Αφαιρέστεόλουςτουςπυκνωτές ( C 1,C 2,,,C n )εκτόςαπότους bypass και coupling τους οποίους βραχυκυκλώνετε. 2) Βραχυκυκλώστε όλες τις Ανεξάρτητες πηγές Τάσης και Ανοιχτοκυκλώστε όλες τις Ανεξάρτητες πηγές Ρεύµατος 3) Υπολογίστε [ ΑναλυτικάήµεΠροσοµοίωση ] τηναντίσταση R Cj,που «βλέπει»σταάκρατουοπυκνωτής C i, i= 1,2,,n 4) Υπολογίστε: T = R C1 C 1 + R C2 C R Cn C n f 3dB 1 2πT 9

10 ΣταθερέςΧρόνουΑνοιχτούΚυκλώµατος (7) OCTC σε 4 βήµατα : Προφανώςεπιθυµείτεόσοτοδυνατόµεγαλύτερο: T = R C1 C 1 + R C2 C R Cn C n Άραταπιοµεγάλαγινόµενα R Ci C i είναιαυτάπουευθύνονταιγιαµια µεγάλητιµήτου Tκαιάραένανενισχυτή αργό (µικρό f -3dB )! 10

11 Παράδειγµα: ΕνισχυτήςΚοινήςΠηγής (1): coupling coupling bypass Figure 6.20 High-frequency equivalent-circuit model of the common-source amplifier. For the common-emitter amplifier, the values of V sig and R sig are modified to include the effects of r π and r x ; C gs is replaced by C π, V gs by V π, and C gd by C µ. 11

12 Παράδειγµα: ΕνισχυτήςΚοινήςΠηγής (2): ( ) T = R C + R C + R C =... = R C + R 1+ g R + R C + R C L gs gs gd gd C L sig gs sig m L L gd L L 12

13 Παράδειγµα: ΕνισχυτήςΚοινήςΠηγής Νούµερα ( 1 ) T = R C + R + g R + R C + R C sig gs sig m L L gd L L f OCTC 3dB = 1 2πT C C C R gs gd L sig L m = 20 ff = 5 ff = 25 ff = 10 kω R = 10 kω g = 1 ms f f OCTC 3dB 3dB = MHz = MHz Πεσιµιστική εκτίµηση µεσφάλµα ~ 6% 13

14 Μεγιστοποίησητου BW Ενισχυτή ΜοντέλαΤρανζιστορκαιπαράµετροι 14

15 Μεγιστοποίησητου BW Ενισχυτή ΜοντέλοΤρανζιστορµικρούσήµατος r0 = r b = 0 C = 0 je 15

16 Μεγιστοποίησητου BW Ενισχυτή Πρώτηδοκιµή 1 16

17 Μεγιστοποίησητου BW Ενισχυτή Πρώτηδοκιµή 17

18 Μεγιστοποίησητου BW Ενισχυτή Εφαρµογήτης OCTC(1) 18

19 Μεγιστοποίησητου BW Ενισχυτή Εφαρµογήτης OCTC(2) 19

20 Μεγιστοποίησητου BW Ενισχυτή Εφαρµογήτης OCTC(3) 20

21 Μεγιστοποίησητου BW Ενισχυτή ΜείωσηΕπίδρασηςτου C µ1 1 2 Κάνονταςτην 1 η βαθµίδα Cascode ελαχιστοποιούµε το φαινόµενο Miller που «πολλαπλασιάζει» τηνεπίδρασητου C µ1 21

22 Μεγιστοποίησητου BW Ενισχυτή ΜείωσηΕπίδρασηςτου C µ1, C π1 ( και C π3 ) 2 Το Q4αποµονώνει (buffer) τηνπηγήαπότο Q1 καιη αντίσταση της πηγής «βλέπει» τους (πολύµικρότερους) πυκνωτές του Q4 (σε σχέση µετους C µ1, C π1 ( και C π3 ) 22 3

23 Μεγιστοποίησητου BW Ενισχυτή ΜείωσηΕπίδρασηςτου C µ2, C π2 3 Θέλουµε σχετικά µεγάλη R6 για να έχουµε ικανοποιητικό κέρδος τάσης. Μετο Q5µειώνουµετον C R6 που «βλέπει»ηr6. 4 θυµηθείτε : στην 1 η προσπάθεια Είχαµε : 23

24 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.