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1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

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Page 1: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Verstärker mit einem Eingang

Page 2: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

2Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

AC Analyse eines Verstärkers mit RK

T

AA

U

UA OLOL

in

outF

1

21

Signaldämpfung am Eingang

RückkopplungAktive Verstärkung

)(1

)()(

DT

DADA OL

F

1

)1()(

212

21

*0

DD

DADA zOL

OL

1

)1()(

212

21

0

DD

DTDT z

Annahme: System zweiter Ordnung

Page 3: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

3Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Testschaltungen für Feedbackanalyse

RKA

AAFFA

OL

OLOLF

2

21

1

AOL1 – Gain am Eingangsnetz AOL2 – aktive Verstärkung

RK FF

T - Schleifenverstärkung

Messpunkt - blau

Testquelle - rot

Kurzschluss

T

AAFFA OLOLF

121

Page 4: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

4Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

AC Analyse eines Verstärkers mit RK

111

1

1)(

0

0212

0

21

*

0

0

D

T

TD

T

D

T

ADA

z

zOLF

)(1

)()(

DT

DADA OL

F

Page 5: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

5Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Transistorschaltplan

UIN

UOUT

Rg

Rd

Cd

Cf

Cg

Rf

Feedback

Verstärker

Sensor- Kleinsignalmodell

Page 6: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

6Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Analyse eines Systems mit RK

+

gm UIN

Cf

Cd Rd

Rg -

Eingang

Cg

UIN

Rf

Ausgang

U*IN

PassivesNetzwerk

PassivesNetzwerk

Feedback

Xi Xi*Xs

Page 7: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

7Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Der Schnittpunkt

UIN

UOUT

Rg

Rd

Cd

Cf

Cg

Rf

Der Schnittpunkt befindet sich nach der Gatekapazität!Es wird nur schwer mit SPICE simuliert.

Page 8: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

8Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Schleifenverstärkung

+

gm U*IN

Cf

Cd Rd

Rg -Cg

UIN

Rf

U*IN

PassivesNetzwerk

PassivesNetzwerk

Feedback

Xi Xi*

Page 9: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

9Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Schleifenverstärkung – Zeitkonstante a1

+

gm U*IN

Cf

Cd Rd

Rg -Cg

UIN

Rf

IN

IN

U

UT

*

1

1

12

2

10

DaDa

DbTT

ffddgg RCRCRCa 0001

)(||0dfgg RRRR

)(||0gfdd RRRR

)(||0gdff RRRR

ggfd

dm R

RRR

RgT

0

Die Schleifenverstärkung für niedrige Frequenzen,Leicht herzuleiten nur Strom/Spannungsteiler

Minus Vorzeichen nicht vergessen, T0 muss positiv sein

Methode der Zeitkonstanten

Page 10: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

10Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zeitkonstanten – die Formel für a2

C1

C2

Ci

Gnn

nn u

DaDaDa

DbDbiu

1...

1...,

12

2

1

nn

nnn RRCCRRCCa 11

012

110

212 ...

CN

Ω

Zur Messung von RN1

Page 11: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

11Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Schleifenverstärkung – Zeitkonstante a2

+

gm U*IN

Cf

Cd Rd

Rg -Cg

UIN

Rf

fd

dfdfg

gfgdg

gdg RRCCRRCCRRCCa 0002 )(||0

dfgg RRRR

)(||0gfdd RRRR

)(||0gdff RRRR

fddg RRR ||

dffg RRR ||

gffd RRR ||

Page 12: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

12Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Schleifenverstärkung – die endgültige Formel

+

gm U*IN

Cf

Cd Rd

Rg -Cg

UIN

Rf

U(t)

1

1

12

2

10

DaDa

DbTT ffddgdf CRCRCRRa )(1

)(2 fdfgdgdf CCCCCCRRa

?1 b

Page 13: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

13Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Nullstelle

+

gm U*IN

Cf

Cd Rd

Rg -Cg

UIN

Rf

uIN(t)=0

)()1()()1( *11

22 tuDbtuDaDa ININ

I(t)=0

Cf

Rf

I(t)=0

IR(t)≠0

IC(t)≠0)()( titi CR

)(1

)(*

tiCs

UtRiU CCRR

)(1

)(*

tiCs

tRi RR

0)()1( * tiRCs R

0)1( *1 sb

1bRC

Dan gilt es auch

Daher, es muss sein:

1* /1 bs )(0)( * tugtu INmIN

*sD

0)1( * RCs

undUIN(t)=0 UOUT(t)=0

tsIN aetu

*

)(*

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14Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Leerlaufverstärkung für niedrige Frequenzen

+

gm U*IN

Rd

Rg -

UIN

Rf

PassivesNetzwerk

PassivesNetzwerk

Feedback

Xi Xi*

PassivesNetzwerk

PassivesNetzwerk

Feedback

Xi Xi*Xs

Xs

Signaldämpfung

Verstärkung

gm U*IN

Rd

Rg

U*IN

)(||)||( gfdmfgDCOL RRRgRRA

Rf

fDCOL

DCF RT

AA

01Leerlaufverstärkung

Verstärkung mit RK (für niedrige Frequenzen)

Page 15: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker mit einem Eingang

15Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Verstärkung mit RK – die Formel

111

1

1)(

0

0212

0

210

D

T

TD

TT

ADA

z

OLF

11

)()(

1

)(1

)(2

DRg

CRRgRCRRCRD

Rg

CCCCCCRRRDA

dm

ffdmfgdfdd

dm

dfdgfgdffF

2112 )(

5.0zT

T

225.0)( ffdmdfdgfgdf CRRgCCCCCCRR

fm

dfdgfgf Rg

CCCCCCC

5.02

Die Formel von Folie 20

Wir setzen die Zeitkonstanten ein:

Die Bedingung für die schnelle und genaue Signalantwort (ohne Überschwinger)

Der Feedbackkondensator stabilisiert die Schaltung

Gm soll groß sein So größer Rf ist desto stabiler Antwort Solche Methode für Stabilisierung nennt

man Pole Splitting