Ηλεκτρονική ΙIΙ. 6 ο εξάμηνο

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Ηλεκτρονική ΙIΙ. 6 ο εξάμηνο"

Σταμάτιος Σπανού
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Ηλεκτρονική ΙIΙ 6 ο εξάμηνο 1. Σχεδίαση τελεστικών ενισχυτών 2. Κυκλώματα ανόρθωσης - δίοδοι zener 3. Κυκλώματα αναφοράς 4. Ενισχυτές ισχύος 5. Ηλεκτρονικά ελέγχου ισχύος 1/38 1 Πηγή ρεύματος Widlar με διπολικά τρανζίστορ Για Ι S1 =I S2 θα είναι: Υπολογισμός του Ι OUT με μέθοδο δοκιμής-λάθους (trial and error). Πηγή κατάλληλη για ρεύματα τάξεως μα. 2

2 Πηγή ρεύματος Widlar με ΜΟS τρανζίστορ 2βάθμια ως προς Ι OUT Για Ι OUT > 0 θα είναι: OUT 3 Πηγή μεγίστου ρεύματος με διπολικά τρανζίστορ Για σχεδίαση: Πηγή κατάλληλη για ρεύματα τάξεως nα. 4

3 Πηγή μεγίστου ρεύματος με MOS τρανζίστορ (1) Για τρανζίστορ στον κορεσμό: Για τρανζίστορ σε ασθενή αναστροφή ισχύει: Για V DS1 > 3V T θα είναι: όπου : 5 Πηγή μεγίστου ρεύματος με MOS τρανζίστορ (2) 6

4 Ευαισθησία ως προς την τάση τροφοδοσίας Απλός καθρέπτης 7 Ευαισθησία ως προς την τάση τροφοδοσίας Πηγή Widlar με BJT (1) 8

5 Ευαισθησία ως προς την τάση τροφοδοσίας Πηγή Widlar με BJT (2) I IN Aν S 1 Για παράδειγμα, για: S V CC προκύπτει: 9 Ευαισθησία ως προς την τάση τροφοδοσίας Πηγή Widlar με ΜΟS I IN I OUT SV 1 S V 0. 5 DD DD 10

6 Ευαισθησία ως προς την τάση τροφοδοσίας Άλλες τάσεις για αναφορά (εκτός από την τροφοδοσία): Τάση V BE ( ) Τάση V t εξάρτηση από θερμοκρασία ( ) Τάση V T ( 26 mv) (+) Τάση V Ζ πρόβλημα η μεγάλη τιμή της 11 Ευαισθησία ως προς την τάση τροφοδοσίας Αναφορά που βασίζεται στην τάση V BE I IN Aν 1 S V CC 12

7 Ευαισθησία ως προς την τάση τροφοδοσίας Αναφορά που βασίζεται στην τάση V t Για παράδειγμα, για: I S V IN DD 1 13 Ευαισθησία ως προς την τάση τροφοδοσίας Τεχνική αυτοδιέγερσης ή αυτοπόλωσης 14

8 Ευαισθησία ως προς την τάση τροφοδοσίας Πηγή αυτοπόλωσης με αναφορά την V BE Κύκλωμα εκκίνησης (start-up) 15 Ευαισθησία ως προς την τάση τροφοδοσίας Πηγή αυτοπόλωσης με αναφορά την V t Κύκλωμα εκκίνησης (start-up) 16

9 Πηγή αυτοπόλωσης με αναφορά την V BE Εξάρτηση από την θερμοκρασία Κλασματικός συντελεστής θερμοκρασίας: Αρνητικός Θετικός 17 Πηγή αυτοπόλωσης με αναφορά την V BE Παράδειγμα υπολογισμού Για το Τ 1 είναι Ι S = A, V BE / T= -2 mv/ C, (1/R)( R/ T ) = ppm / C και I ΟUT = 100 μa. Ζητείται η τιμή της R και ο κλασματικός συντελεστής θερμοκρασίας TC F. 18

10 Πηγή αυτοπόλωσης με αναφορά την V t Εξάρτηση από την θερμοκρασία Κλασματικός συντελεστής θερμοκρασίας: Τιμή συντελεστή παρόμοια με εκείνη της πηγής με αναφορά στην V BE. 19 Πηγή αυτοπόλωσης με αναφορά την V BE σε τεχνολογία CMOS Παρασιτικό pnp τρανζίστορ σε τεχνολογία CMOS n-well 20

11 Πηγή αυτοπόλωσης με αναφορά την θερμική τάση V T Εξάρτηση από την θερμοκρασία Q3 = Q4 2 Q1 = Q2 Τιμή συντελεστή πολύ μικρότερη από εκείνη της πηγής με αναφορά στην V BE, αφού οι δύο ευαισθησίες στο δεξί μέλος είναι θετικές. 21 Πηγή αυτοπόλωσης με αναφορά την V Τ Παράδειγμα υπολογισμού Είναι (1/R)( R/ T ) = ppm / C, I ΟUT = 100 μa και Τ= 300 Κ. Ζητείται η τιμή της R2 και ο κλασματικός συντελεστής θερμοκρασίας TC F. 22

12 Πηγή αυτοπόλωσης με αναφορά την θερμική τάση V T σε τεχνολογία CMOS Παρασιτικά pnp τρανζίστορ σε τεχνολογία CMOS n-well Τα Μ3 και Μ4 πρέπει να είναι απόλυτα ταιριασμένα 23 Πηγή αυτοπόλωσης με αναφορά την θερμική τάση V T σε τεχνολογία CMOS Παρασιτικά pnp τρανζίστορ σε τεχνολογία CMOS n-well Χρήση κασκοδικών τρανζίστορ για βελτίωση ακρίβειας και απόρριψης τροφοδοσίας. 24

13 Κύκλωμα με αναφορά την τάση χάσματος ζώνης (Band-gap reference) Κύκλωμα αναφοράς ιδανικά ανεξάρτητο της θερμοκρασίας Πρακτικά ανεξάρτητο της θερμοκρασίας ρ για συγκεκριμένο ρμ θερμοκρασιακό εύρος Επειδή, πολλές παράμετροι της τεχνολογίας μεταβάλλονται με τη θερμοκρασία, ένα τέτοιο κύκλωμα θα είναι και ανεξάρτητο της τεχνολογίας! Αρχή λειτουργίας: Πρόσθεση δυο σημάτων με αντίθετους θερμοκρασιακούς συντελεστές V ref = V BE + K.V PTAT V PTAT : Τάση ανάλογη της απόλυτης θερμοκρασίας. Δημιουργείται από τη δαφορά διαφορά τάσεων δυο επαφών pn με διαφορετικά ρεύματα 25 Band-gap reference Έστω ότι V 01 = V 02 Τότε V BE1 = V BE2 + ΙR Επομένως ΙR = V BE1 -V BE2 Το πετύχαμε! Απομένει λοιπόν να αναπαράγουμε το ρεύμα της αντίστασης 26

14 Αφού V BE1 = V T ln(ic/is) V BE1 -V BE2 = V T ln(κ) = ΙR 1 Επομένως Band-gap reference Αρνητικός θερμοκρασιακός συντελεστής Θετικός θερμοκρασιακός συντελεστής 27 Πόλωση με χαμηλή ευαισθησία ως προς την θερμοκρασία Διπολικό κύκλωμα με αναφορά την τάση χάσματος ζώνης (band-gap reference) Πηγή τάσης αναφοράς 28

15 Πόλωση με χαμηλή ευαισθησία ως προς την θερμοκρασία Διπολικό κύκλωμα με αναφορά την τάση χάσματος ζώνης (band-gap reference) Για παράδειγμα, για μηδενικό ΤC F στους 27 C, με γ=3.2 32και α=1 1 θα είναι: 29 Πόλωση με χαμηλή ευαισθησία ως προς την θερμοκρασία Διπολικό κύκλωμα με αναφορά την τάση χάσματος ζώνης (band-gap reference) 30

16 Διπολικό κύκλωμα με αναφορά την τάση χάσματος ζώνης Παράδειγμα υπολογισμού Κύκλωμα τάσης αναφοράς band-gap σχεδιάστηκε για έξοδο V και να έχει μηδενικό όtc F στους 27 C. Λόγω διακύμανσης όμως των παραμέτρων η τάση εξόδου στους 27 C είναι V. Ζητείται η πραγματική θερμοκρασία μηδενισμού μ του TC F, να γραφεί η V ΟUT σε συνάρτηση ρη ημε τη θερμοκρασία ρ και να βρεθεί ο TC F στους 27 C. (γ=3.2, α=1) ( ) 31 Διπολικό κύκλωμα με αναφορά την τάση χάσματος ζώνης Ενεργός θερμικός συντελεστής 55 C C < Τ < 125 CC TC F = 44 ppm/ C. 0 C < Τ < 70 CC TC F = 17 ppm/ C. 32

17 Διπολικό κύκλωμα με αναφορά την τάση χάσματος ζώνης Υλοποίηση (1) Μειονέκτημα η εξάρτηση του Ι από την τάση τροφοδοσίας V = V + V = V + MV OUT = BE 3 R2 BE 3 33 T Διπολικό κύκλωμα με αναφορά την τάση χάσματος ζώνης Υλοποίηση (2) Proportional To Absolute Temperature, PTAT 34

18 Kύκλωμα CMOS με αναφορά την τάση χάσματος ζώνης Παρασιτικά pnp τρανζίστορ σε τεχνολογία CMOS n-well Ε θ ό άλ ΔV Επιθυμητό μεγάλο ΔV EB. 35 Kύκλωμα CMOS με αναφορά την τάση χάσματος ζώνης Μεγιστοποίηση οίηση ΔV EB (1) Για πρακτικές τιμές λόγων ρευμάτων περίπου 10, προκύπτει ΔV EB =120 mv. Για διπλασιασμό της ΔV EB (ΔV EB = 240 mv) πρέπει οι λόγοι από 10 να γίνουν 100 που συνεπάγεται 100πλασιασμό της επιφάνειας πυριτίου. 36

19 Kύκλωμα CMOS με αναφορά την τάση χάσματος ζώνης Μεγιστοποίηση οίηση ΔV EB (2) Για διπλασιασμό της ΔV EB αρκεί ο διπλασιασμός της επιφάνειας πυριτίου. Κύκλωμα CMOS band-gap υψηλών επιδόσεων 37 Παρασιτικά pnp τρανζίστορ σε τεχνολογία CMOS n-well Παράδειγμα κυκλώματος με αυτοπόλωση και αναφορά την θερμική τάση V T 38/38

Σχετικά έγγραφα

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 3

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 3: Κυκλώματα αναφοράς Χατζόπουλος Αλκιβιάδης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχ. Υπολογιστών Άδειες Χρήσης Το