consideratii privind proiectarea circuitelor integrate

79
CIRCUITE INTEGRATE ANALOGICE Lecture 2

Upload: andrei-hategan

Post on 17-Sep-2015

261 views

Category:

Documents


6 download

DESCRIPTION

Consideratii privind proiectarea circuitelor integrate

TRANSCRIPT

  • CIRCUITE INTEGRATEANALOGICELecture 2

  • 1.4. Consideratii privind proiectarea circuitelor integrate Scopul unui proiectant de CI proiectarea unui circuit care : -sa satisfaca un set de specificatii cu un minim de munca si resurse fizice intr-un timp scurt -randamentul de productie sa fie mare -aria circuitului sa fie cat mai mica

    Proiectarea circuitelor electronice conventionale-numar mare de iteratii la nivel de macheta (breadboard level).Inacceptabil pentru CI din cauza complexitatii si costurilor de proiectare si productie.

  • Exemplu:Admitem pentru proiectarea unui circuit conventional cu 20 tranzistoare o productivitate de 2 persoane-luna =10 tranz/persoana-luna

    Cat timp e necesar pentru a proiecta un circuit integrat cu 500000 tranzistoare prin acelasi procedeu de proiectare? 500000 tranz/(10 tranz/persoana-luna)=50000pers-luna =4200 pers-an=105 pers-viata(viata=40ani)

    Cat de mare ar fi schema CI admitand ca pentru fiecare tranzistor e nevoie de 2 cm patrati? Aria=500000x2 cm patrati=100 m patrati INADMISIBIL!!!!!!

  • Concluzii1.Necesitatea imbunatatirii eficientei proiectarii2.Necesitatea utilizarii unor metode eficiente de manipulare a datelor (scheme electrice, variante, rezultate partiale, layout, simulari,etc)

    Exista doua cai de proiectare a CI;

    BOTTOM -UP APPROACH (proiectarea de jos in sus)

    TOP- DOWN APPROACH(proiectarea de sus in jos)

  • Bottom-up approach-se porneste de la nivel de tranzistor(sau poarta)-se proiecteaza circuite de complexitate din ce in ce mai mare-se interconecteaza intre ele pentru a realiza functia dorita Top-down approach-se descompun specificatiile impuse CI in grupe si subgrupe cu sarcini din ce in ce mai mici-sarcinile de la nivelul cel mau de jos sunt imple- mentate in siliciu folosind circuite standard sau proiectand aceste circuite elementareIn cazul extrem-compilator de siliciu (silicon compiler)-proiectarea automata de catre calculator a intregului sistem

  • ComentariiProiectarea top-down cresterea semnificativa a productivitatii proiectarii -folosita pentru proiectarea CI digitale ( nu intotdeauna)

    CI analogice sunt extrem de specializate. Proiectarea top-town este posibila numai la o clasa restransa. Se foloseste proiectarea bottom-up sau cel mult o combinatie a celor doua procedee

  • Diagrama bloc de proiectare a circuitelor integrate

  • Proiectarea circuitelor integrateSe porneste de la specificatiile impuse-efort mare de stabilireProiectare preliminara-modele simple pentru tranzistoare si subcircuiteSimulare preliminara -modele mai precise pentru evaluarea performantelor proiectarii preliminare -utilizarea unor modele bune(anticipeaza performantele de dupa facbricatie dar nu necesita timpi excesiv de lungi pentru simulare) este cruciala -daca este acceptataProiectare lay-out -desen al CI care contine pozitia subcircuitelor si tranzistoarelor asociate, interconexiunilor, padurilor corespunzatoare intrarilor si iesirilorSimulare post lay-out -verifica daca lay-out-ul corespunde schemei initiale a circuitului -verifica daca lay-out-ul respecta regulile de proiectare -tine seama de efectele parazite asociate lay-out-ului.In CIA acestea degradeaza performantele, in CID introduce intarzieri suplimentare

  • Continuare Proiectare.. -necesita de obicei modificari in lay-out sau chiar in proiectarea initiala daca efectele parazite nu pot fi rezolvate prin modificari de lay-out -dupa ce e acceptataFabricatie initiala -scumpa (20000-40000$) -necesita 1-4 luni de la comanda pana la obtinerea produsului in siliciuTestare si evaluare -o singura eroare in proiectare, simulare sau lay-out face ca produsul sa nu fie functional -de obicei primul siliciu nu este acceptat,se fac corectii -repetarea iterativa la nivel de siliciu este inacceptabila din motive de costuri si intarzieriProductie

  • 1.5.Metode de procesare a semnalelorProcesare analogica -prelucreaza semnale analogice -semnale analogice=tensiuni, curenti, sarcini etc a caror valoare variaza continuu in functie de timp, definit de asemenea intr-un domeniu continuu -exemple de circuite analogice: diverse tipuri de amplificatoare , comparatoare, filtre active sau pasive, redresoare, convertoare A/D, D/A etcProcesare digitala -prelucreaza semnale digitale -semnalele digitale-definite la momente discrete de timp (esantionare) prin valori de asemenea discrete (cuantizare) -semnalele digitale sunt reprezentate printr-un numar adica printr-o secventa de cifre (digits) de obicei binare -exemple de circuite digitale:calculatoare electronice digitale, procesoare digitale specializate etc

  • Cap2.Circuite integrate analogice de uz general si aplicatii2.1 Amplificatorul operational Amplificator de tensiune cu castig mare in tensiune, ideal infinit.Initial utilizat impreuna cu rezistoare si capacitoare in calculatoare analogice pentru a realiza operatii matematice ca adunarea, scaderea, inmultirea, impartirea etc, de unde si numele.

    A.O. tipic idealav105 -106 Ri1Mohm Ro100 ohm0 ohm

  • ModeleAO idealAO realaol-amplificarea in bucla deschisa

    = aol(vI1-vI2)

    aolvI

    vI

    vI1

    vI2

    vI

    vI2

    vI1

    aolvI

    = a(vI1-vI2)

    Ri

    Ro

  • Simbol vo=a(vI1-vI2)Amplificator de tip VCVS(Voltage Controlled Voltage Source)Intrarea I1 intrare neinversoare (vo in faza cu vI1), se noteaza cu +, iar vI1 cu vI+Intrarea I2 intrare inversoare (vo in antifaza cu vI2) se noteaza cu -, iar vI2 cu vI-Amplifica doar diferenta dintre cele doua tensiuni de intrare independent de valoarea lor individuala-amplificator cu intrare diferentiala si iesire simplaSe alimenteaza in cc de la doua surse de alimentare , una pozitiva V + cealalta negativa V (nu se reprezinta in scheme)

    vo

    Iesire

    I n t r a r i

    a

    vI

    vI2

    vI1

    I2

    I1

  • Caracteristica transfer vo=f(vI)

    Tensiunea de iesire maxima vo este limitata de tensiunile de alimentare, fiind cu aproximativ 1V mai mica decat acestea In zona liniara vo =aol vIV+

    in saturatie (negativa) functionare liniara in saturatie (pozitiva)

    panta a = aol

    1V

    1V

    -10(V

    V -

    -10V

    10V

    V +

    vI = vI+- vI-

    vO

    10(V

  • Largimea zonei liniare este foarte mica din cauza amplificarii mari Ex: vImax= 10V/106 =10V Pentru vIMin< vI < vIMax tensiunea de iesire este replica amplificata a tensiunii de intrare In afara afara zonei liniare , vI,< vIMin, , vI >vIMax,,tensiunea de iesire este limitata la valori ceva mai mici decat ale tensiunilor de alimentare si nu mai depinde de tensiunea de intrare. Se spune ca AO functioneaza saturat

    Pentru ca un AO sa lucreze in regiunea liniara tensiunea de intrare trebuie mentinuta foarte mica (sub 100V). Pentru a mentine tensiunea de intrare la valorile mici necesare functionarii liniare AO se folosesc in configuratii cu reactie negativa, ceea ce ofera multe avantaje dupa cum vom arata mai tarziu.

  • Orice amplificator operational are: 2 terminale de intrare 1 terminal de iesire 2 terminale de alimentare ccMai poate avea functie de arhitectura interna -terminale de compensare in frecventa pentru a impiedica intrarea in oscilatie a AO cu reactie negativa. Modern- un singur capacitor (intern sau extern) de ordinul 1030 pF -terminale de anulare a offsetului

    Ideal pentru vI = 0, vO =0

    AO

    si alte

    I

    O

    vo

    vI

  • Real pentru vI = 0, vO 0, depinzand de amplificarea in cc a schemei.Erori!!La unele AO exista terminale speciale de anulare a offsetului.Ex: 741

    V -

  • Aplicatii ale AOIpotezeRi =infinit|ideal = 1Mohm|tipic

    ii =vi/Ri =0|ideal=100V/1Mohm|tipic=neglijabiL

    In zona liniara vi = vo/a=0|ideal< 100V|tipic=neglijabil

    vi

    ii

    Ri

  • Configuratia inversoareir=ifir=vs/Rrvo=-RfifA=vo/vs=-Rf/Rr

    +

    -

    if

    vo

    R

    vs

    0

    0

    Rf

    Ri

    Rr

    ir

    Ro

  • ComentariiAmplificarea depinde numai de elementele de circuit exterioare AOA
  • ComentariiAmplificarea depinde numai de elementele de circuit exterioare AOA
  • Configuratia neinversoareir=ifir=vs/Rrvo=ir(Rf+Rr)A=vo/vs=1+Rf/Rr

    +

    -

    if

    vo

    R

    vs

    0

    0

    ir

    Rf

    Rr

  • ComentariiAmplificarea depinde numai de elementele de circuit exterioare AOA>0, vO in faza cu vsFormula de calcul a amplificarii se poate generaliza A=1+Zf /Zr cu conditia ca Zf si Zr sa fie uniportiRi =?Ro =?Care este efectul inserierii unei rezistente R cu sursa de semnal asupra amplificarii?

  • ComentariiAmplificarea depinde numai de elementele de circuit exterioare AOA>0, vO in faza cu vsFormula de calcul a amplificarii se poate generaliza A=1+Zf /Zr cu conditia ca Zf si Zr sa fie uniportiRi ideal infinit real Ri=Ri|AO(1+af) find reactie de tip serie la iesire Ri>>Ri|AORo ideal 0 real Ro = Ro|AO /(1+af) fiind reactie de tip paralel la iesire Ro
  • Caz particular al configuratiei neinversoare cu Rr=A= vo/vs=1+Rf/ =1 sau vs=vI+ =vI- =vo A=1

    Repetor cu AOSe foloseste ca etaj separator (buffer) pentru a separa (izola) sursa de semnal de rezistenta de sarcina

    +

    -

    vo

    vs

    Rf

  • Exemplu de utilizare a repetorului cu AO ca etajseparatorvo=Rl/(Rl+Rs)vs =Rl/Rsvs=0,001vs Se obtine o atenuare de 103 a semnalului la bornele sarcinii. Inadmisibil.Introducem intre sursa de semnal si sarcina un repetor cu AODaca Ri>>100kohm Ro
  • Amplificator derivatoric=iric=Cd(dvs/dt)vo=-irRdvo=-RdCd(dvs/dt)Se obtine un semnal proportional cu derivata semnalului de intrare RdCd-constanta de timp de derivare

    +

    -

    ir

    vo = vo(t)

    vs

    Rd

    Cd

    ic

  • ExempluSemnalul de intrareSemnalul de iesire

    vo

    vs

  • ComentariiSchemele reale de derivatoare au in serie cu Cd o rezistenta R pentru a impiedica intrarea in oscilatie prin reducerea amplificarii la i f

    Prezenta rezistentei R reduce domeniul in care schema lucreaza ca derivator la valori mai mici decat 1/(2RCd). Rezulta necesitatea ca R

  • Continuare comentariiCircuitul se poate folosi si ca filtru trece sus

    A=-jRd Cd /(1+jRCd )

    la j f A=0 la i f A=-Rd /R

  • Amplificator integratoric=irir=vs/Rivo=- (1/C i)icdtvo=- (1/RiC i)vsdtSe obtine un semnal proportional cu integrala semnalului de intrare RiCi-constanta de timp de integrare

    +

    -

    vo

    vs

    ic

    Ri

    ir

    Ci

  • Exemplu

    vo

    vs

    t3/3

    t2/2

    t2

    t

  • ComentariiSchemele reale de integratoare au in paralel cu Ci o rezistenta R pentru a evita saturarea AO in cc. In prezenta lui R, Acc= -R/Ri

    Pentru ca schema sa lucreze ca integrator este necesara satisfacerea conditiei R>>Ri

    +

    -

    vo

    vs

    ic

    R

    Ri

    ir

    Ci

  • Continuare comentariiCircuitul se poate folosi ca filtru trece jos cu un pol

    A=-R/(1+jRCi )

    la j f A=-R/Ri la i f A=-0

  • Amplificator sumator inversorSe poate rezolva traditionalSe poate rezolva prin superpozitievo=vo1(vs10,vs2 =0)+vo2(vs1=0, vs20)vo=-(R3 /R 1)vs1 -(R3 /R2 )vs2 sumare ponderataPentru R 1=R2 vo=-R3 /R1 (v s1 +v s2 )

    +

    -

    vo

    R1

    vs1

    R3

    R2

    vs2

  • Amplificator sumator neinversor?

  • Amplificator de diferentaSe poate rezolva traditionalSe poate rezolva prin superpozitie

    vo=vo1(vs10,vs2 =0)+vo2(vs1=0, vs20)

    vo= -(R2 /R1 )vs1 +[(R1 +R2)/R1] v +i vo=[R4 /(R 3+R4)] [(R1 +R2)/R1] vs2 -(R2 /R1 )vs1 scadere ponderata Pentru R 1=R3 , R2 = R 4 vo=R2 /R1 (v s2 -v s1 )

    +

    -

    R3+R4

    vo

    vs2

    R4

    vs2

    R2

    R4

    R1

    R3

    vs1

  • Convertor curent-tensiune(CCVS)

    vo=-Rf is-vo/a Az=vo/is=-Rf/(1+1/a)-RfRi=vi/is= -(vo/a)/is Rf/a foarte mica chiar pentru valori mari ale lui Rf ceea e convenabil pentru ca nu afecteaza valoarea lui isRo foarte mic, convenabil Admitem a

    +

    -

    vo

    Ri

    vi

    is

    Ro

    Rf

    vo/a

  • Convertor tensiune-curent(VCCS)

    a=vo/(vs- iL R1)a=iL(RL+R1)/(vs-iL R1)iL=avs/(RL+R1+aR1)

    iL=avs/{R1[1+(1/a)(1+RL/R1)]}Pentru a mare iL=vs/R1

    Observatie: RL nu are nici un terminal la masaAdmitem a

    +

    -

    iL

    vo

    vs

    R1

    iL

    RL

  • Simulator de inductantaZi=vi/ii= [vi/(vi-vo2)] R3Prin superpozitie vo2=vi(1+Zf/R2) vo1Zf/R2vo1=2viRezulta vo2=vi(1-Zf/R2)

    Zi=R3R2YfPentru Zf=1/jCf Zi=jR3R2Cf Lechiv= R3R2Cf

    +

    -

    vo2

    -

    Cf

    vi

    +

    vo1

    ii

    R1

    Zi

    R1

    R3

    R2

  • Redresor de precizie monoalternantaCazul I vs>0 voI>0 dioda D e deschisa, bucla de reactie e inchisa (vi0) a=vIo/(vs-vo) vIo =vo+VD a=(vo+VD)/(vs-vo) vo=avs/(1+a) VD/(1+a) Admitem:a)b) vs=Vssin tAnaliza functionarii schemei

    +

    -

    vo

    vol

    vs

    R1

    a

    D

    vD

    VD

    RD=infinit

    Rd=0

    iD

  • Analiza functionarii schemei- continuareCazul II vs
  • Analiza functionarii schemei- continuareCazul I vs
  • Forme de undaRedresor de preciziemonoalternanta

    t

    VD

    vo

    vo

    -Vs

    -

    +

    -

    +

    Vs

    vs

    t

    t

    V-

    Vs

  • Redresor de precizie bialternantaCa si in cazul precedent al doilea AO reduce la zero tensiunea de deschidere a diodei echivalentePrimul si al treilea AO au rolul de buffere (separatoare)

    Admitem:a)b) vs=Vssin tComentarii

    vD

    VD

    RD=infinit

    Rd=0

    iD

    +

    -

    -

    -

    vs

    vs

    +

    vo

    R1

    +

    R1

    D

    vo

    vo

  • Analiza functionarii schemeiCazul I vs0 dioda D e deschisa, bucla de reactie e inchisa (vi=0) vo=-(R1/R1)vs=-vs

    vIo=vo+VD

    Cazul ll vs>0 voI

  • Analiza functionarii schemeiCazul I vs0 dioda D e deschisa, bucla de reactie e inchisa (vi=0) vo=-(R1/R1)vs=-vs

    vIo=vo+VD

    Cazul ll vs>0 voI

  • Forme de undaRedresor de preciziebialternanta

    t

    VD

    vo

    vo

    -Vs

    Vs

    vs

    t

    t

    V-

    Vs

    -VD

  • ComentariiNu functioneaza bine la frecvente ceva mai mari deoarece AO nu pot da la iesire variatii brusce de tensiune mariViteza maxima de variatie a tensiunii de iesire SR=vO/ t|Max = tipic 1V/ sExemplu f=10kHz T=1/f=100 s T/2=50 s admitem vIo=(V- + VD)=15+0,6=15,6V t = vIo/SR=15,6 s

    vD

    15(s

    25(s

    Real

    Panta SR

    Ideal

    (SR=infinit)

  • Comentarii-continuare 1Forma de unda pe durata semialternantelor pozitive este distorsionata.

    Nu mai este redresor de precizie!!!!!Ce trebuie facut pentru rezolvarea problemei?

  • Comentarii-continuare2Distorsionarea se datoreaza saltului mare al tensiunii de iesire vo de la V - la VD , care se datoreaza faptului ca in timpul semiperioadeinegative dioda D este blocata si AO ramane in bucla deschisa, cand are o amplificare maxima Pentru remediere trebuie evitata aceasta situatie.Se introduce inca o dioda DI, dupa cum se arata in schema

    +

    -

    -

    -

    vs

    vs

    +

    vo

    R1

    +

    R1

    D

    D

    vo

    vo

  • Analiza functionarii schemeiCazul lvs0 D blocata, DI deschisa, bucla de reactie se inchide, vo=? voI=?

    +

    -

    -

    -

    vs

    vs

    +

    vo

    R1

    +

    R1

    D

    D

    vo

    vo

  • Analiza functionarii schemeiCazul 1vs0 D blocata, DI deschisa, bucla de reactie se inchide, vi=0, vo=0, voI=- VD

    +

    -

    -

    -

    vs

    vs

    +

    vo

    R1

    +

    R1

    D

    D

    vo

    vo

    +

    -

    vo

    vo

    vs>0

    vi

    R1

    R1

  • Forme de undaSaltul tensiunii la iesireaAO s-a redus la 2VD t=2VD/SR=1,2 s fata de 15,6 s

    DAR

    redresorul a devenit monoalternanta

    in prezenta diodei D

    t

    VD

    vo

    vo

    -Vs

    Vs

    vs

    t

    t

    V-

    Vs

    -VD

  • Redresor de precizie bialternanata cu performante imbunatatiteAre doua etaje:un redresor monoalternanta (semialternante negative) un etaj sumatorAnaliza se face prin superpozitievo2=vo2l(vs0,vo1 =0)+vo2ll(vs=0, vo10) vo2l=-(R/R) vs=-vs vo2ll=-[R/(R/2)] vo1

  • Forme de unda

    t

    vo2

    vo2

    vo1

    -Vs

    2Vs

    -Vs

    Vs

    vo2

    vs

    t

    t

    vo2=vo2+vo2

    +

    -

    D

    AO2

    R

    vs

    R/2

    Sumator

    R1

    vo1

    R1

    R

    AO1

    vo

    -

    +

    Redresor monoalternata

    D

  • Detector de varf de precizieAO2 in configuratie de repetor impiedica descarcarea condensatorului CCondensatorul C se incarca la valoarea de varf a lui vs

    +

    -

    -

    vs

    vo1

    vo

    AO1

    +

    AO2

  • Circuite integrate analogice cu AO Circuite de logaritmare si antilogaritmare (Convertoare logaritmice si antilogaritmice)

    Contin AO si dispozitive electronice cu caracteristica antilogaritmica de tipul io=exp(vi)Cel mai folosit este tranzistorul bipolar JUSTIFICARE Ecuatia Ebers-Moll iC=IS[exp(vBE/VT)-1] ( IS / R)[exp(vBC/VT)-1] Pentru vBC=0 iC=IS[exp(vBE/VT) sau vBE=VTln(iC/IS)

  • Principiu de functionarevo=-vBE vBE=VTln(iC/IS)iC = iR =vS/R

    vo=-VTln[vS/(ISR)]Convertor logaritmicConvertor antilogaritmic vo=RiR vS=-vBE iR = iC=IS[exp(vBE/VT)

    vO=RIS[exp(-vS/VT)]

    +

    -

    ir

    vBE

    vs

    ic

    R

    vo

    +

    -

    ir

    vBE

    vs>0

    R

    C

    ic

    R

    vo

  • Comentarii Realizarea functiile log si antilog implica valabilitatea ecuatiei EM iC>1nA pentru a putea neglija recombinarile din baza iC
  • Comentarii continuare S-a neglijat curentul de intrare in AO.Daca schemele lucreaza cu ic mic Ao cu etaj de intare realizat cu FET (iI=1 pA)

    Circuitul logaritmator poate oscila.Pentru a asigura o buna stabilitate se introduce un rezistor R in serie cu iesirea si un capacitor C

    +

    -

    ir

    vBE

    vs>0

    R

    C

    ic

    R

    vo

  • Exemplu de schema de convertor logaritmiciRT = (vBE2- vBE1 )/RT = VT[ln(iC2/iC1) ln(IS1/IS2)]/RTiC2= IrefiC1 =vS/R vO =(R 1+RT )iRT

    vO =VT [(R1 + RT )/RT ]ln (Iref R/vS ) daca IS1=IS2

    Functioneaza bine numai daca vS >0Ce se intampla daca vS 0

    +

    -

    R1

    +

    -

    AO2

    AO1

    Q2

    R

    Iref

  • Exemplu de schema de convertor logaritmicFunctioneaza bine numai daca vS >0Ce se intampla daca vS BVBEPentru a proteja Q1 se introduce dioda D care limiteaza vO1 la VD in caz de inversare accidentala a tensiunii de intrare

    Q1

    RT

    vo

    vs>0

    +

    -

    R

    R1

    +

    -

    AO2

    AO1

    Q2

    R

    Iref

    Q1

    RT

    vo

    vs>0

    +

    -

    R1

    +

    -

    AO2

    AO1

    Q2

    R

    Iref

  • Aplicatii ale convertoarelor log si antilog1.Ridicarea la o putere

    Se bazeaza pe identitatea

    Circuit de anti- logaritmare

    Amplificator

    cu castig n

    Circuit de logaritmare

    vi

    n ln vi

    ln vi

    vi

    n

  • Aplicatii ale convertoarelor log si antilog- continuare2.Multiplicarea vO= kv1 v2

    Se bazeaza pe identitatea elnx+lny =xy

    3.Divizarea vO= kv1 / v2 Daca in loc de a realiza suma logaritmilor se realizeaza diferenta lor rezulta lnv1 ln v2 si prin antilogaritmare se obtine vO= kv1 / v2

    -log v1

    v2

    v1

    R

    -

    +

    log v1 +

    + log v2

    vo =kv1v2

    -

    +

    -

    -log v2

    +

    -

    +

    R

    R

  • Circuite multifunctionalevBE1+ vBE2= vBE4 + vBE3 VT [ln( iC1 /IS) + ln( iC2 /IS)]= VT [ln( iC4 /IS) + ln( iC23/IS)] iC1 = i 1 iC2= i2 iC3= i3 iC4= i 4

    Pot realiza diverse operatii fie multiplicarea,fie divizarea, fie extragerea radacinii patrate etcExemplu: RC4200(Raytheon)Admitem:-Tranzistoare identice-AO identicei 1 i2 = i3 i 4

    vBE3

    vBE4

    Q1

    Q2

    Q3

    Q4

    A1

    A2

    A4

    i4

    i3

    vBE2

    i1

    i2

    vBE1

  • RC4200-exemple de utilizareUtilizare ca multiplicator

    vR/R2

    +

    -

    RC 4200

    vR/R2

    Ro

    R2

    R2

    R1

    R1

    R1

    R2

    R1

    R2

    vY

    vX

    vR

    vO

    IO

    i3

    i4

    i2

    i1

    vY/R1

    vX/R1

    vR/R2

    vR/R2

    vY/R1

    vX/R1

  • RC4200-exemple de utilizare-continuare 1Observatie: toti curentii i1 i4 trebuie sa fie pozitivi

    Intrebare Daca valoarea maxima a curentilor i1 i4 este de 1 ma, R1= R2 =R3 =R4=20k care este domeniul admisibil pentru tensiunile vX si vY ? 0< i1 ,i2

  • RC4200-exemple de utilizare-continuare 2Utilizare ca divizor

    vO = i3 Roi3 =(i1 i2 )/i4 =(vX/R1) (vR/R2) (R4/vz)Deci vO =(RoR4)/(R1 R2)(vR)(vX/vZ) vX >0 vZ >0 -divizor intr-un cadran

    I3

    RC 4200

    A3

    VO

    RO

    R4

    VZ

    I1= VX/R1

    R2

    R1

    VR

    VX

    I2= VR/R2

    I4= VZ/R4

  • Stabilizatoare de tensiune (Voltage regulators) Furnizeaza in sarcina o tensiune constanta, controlata de circuitul intern al stabilizatorului astfel incat sa fie relativ independenta de curentul prin sarcina, tensiunea de alimentare si temperaturaContine trei parti: -o referinta de tensiune Vref independenta de tensiunea de alimentare si temperatura -un amplificator care compara Vref cu o fractiune a tensiunii de iesire adusa pe intrarea inversoare a amplificatorului -un tranzistor serie pentru a furniza curentul dorit in sarcina

    V+

    IO

    R1

    R2

    Q1

    Q2

    V+

    +

    -

    A

    eroare

    Tranzistor

    serie

    Vref

  • Stabilizatoare de tensiunecontinuare 1 Amplificatorul mentine fractiunea din tensiunea de iesire adusa pe intrarea inversoare egala cu tensiunea de referinta.Deci Vref = VO R2/(R1+R2) VO= Vref (1+R1/R2)Parametri: -rezistenta de iesire dinamica ro=-vo/ io 1/Aopen loop -factorul de stabilizare la variatia sarcinii vo/ io - factorul de stabilizare la variatia sursei de alimentare vo/ V+

    V+

    IO

    R1

    R2

    Q1

    Q2

    V+

    +

    -

    A

    eroare

    Tranzistor

    serie

    Vref

  • Stabilizatoare de tensiunecontinuare 2 Circuite de protectie protejeaza stabilizatorul fata de o putere disipata excesiva care l-ar putea distruge prin supraincalzire Cea mai mare putere o disipa Q2 PdQ2= (V+-Vo) Io Cea mai mare putere o disipa Q2 PQ2= (V+-Vo) IoExista mai multe tipuri de circuite de protectie

    V+

    IO

    R1

    R2

    Q1

    Q2

    V+

    +

    -

    A

    eroare

    Tranzistor

    serie

    Vref

  • Protectia prin limitarea curentului furnizat Situatia cea mai rea este pentru Vo =0 (scrt la iesire) PD MaxQ2= V+ Io Dar PD MaxQ2= V+ Io < PD Max.adm.Q2 Circuitul de protectie trebuie sa limiteze curentul la valoarea Io lim= PD MaxQ2/V+ Exemplu Admitem Iampl Max=50 mA (limitat de amplificator) PD Max.adm.Q2 =50W V+=20V, VO=15V In conditii de scrt la iesire si fara protectie IO= 1 2 Iampl = 50.50.50mA=125 A PD MaxQ2= V+ Io = 125A.20V=2500W distrugerea stabilizatorului introducerea unui circuit de protectie care sa limiteze curentul la valoarea Iolim = PD Max.adm.Q2 /V+=50W/20V=2,5 A

    Q2

    Q3

    Rcl

    V+

    Current

    limit

    VO

    Circuitul de limitare a curentului

    Iamplif.

    IO

    Q1

  • Protectia prin limitarea curentului (continuare 1) Functionarea circuitului de protectiePentru Io mici, VRcl
  • Protectia prin limitarea curentului (continuare 2)

    Continuare exemplu Admitem un tranzistor Q3 pentru care vBE3=650 mV la iC =1mA. Cat e vBE3 la ilC3 =49 mA50mA? vl BE3=vBE3 +VT ln(il c3 /iC3 ) =650+VT ln50=748mV

    Rcl = vl BE3 /Iolim +748mV/2,5A=0,3 Caracteristica de iesire

    IOlim=2,5 A IB1 =2500/(50.50)=1mA restul de 49 mA fiind preluati de circuitul de protectie

    Q2

    Q3

    Rcl

    V+

    Current

    limit

    VO

    Circuitul de limitare a curentului

    Iamplif.

    IO

    Q1

  • Protectia prin intoarcerea curentului

    La protectia prin limitarea curentului -in caz de scurtircuit la iesire (vO=0) PDQ2=50W=PDMax adm Q2,tranzistorul e protejat - fara scrt la iesire si fara protectie, in regiunea in care VO=cst, adica este stabilizat, VCE2=V+-Vo =20-15=5V, ceea ce inseamna ca IOMax ar putea fi IOMax = PDMaadmQ2/VCE2=50W/5V=10A !!!!!!Rezulta ca protectia prin limitarea curentului nu permite utilizarea stabilizatorului la intregul sau potentialDeoarece PDQ2 =(V+-Vo )IO, curentul limita necesar pentru a preintampina supradisiparea e dat de functia iolim =PDMaxadmQ2 / (V+-vo ),

  • Protectia prin intoarcerea curentului -comentarii 1

    Se numeste limitare prin intoarcere (fold- back) datorita formei caracteristicii de limitare iOlim=f (vO)

    Deoarece in acest caz iOlim depinde si de vO circuitul de limitare va trebui sa sezizeze nu numai curentul prin sarcina dar si tensiunea la bornele sarcinii

    Cel mai simplu circuit de protectie de tip fold-back este un circuit la care descresterea lui iOlimeste liniara in functie de vO

  • Protectia prin intoarcerea curentului -comentarii 2

    Pentru determinarea expresiei caracteristicii se scrie expresia tensiunii vBE#

    Cel mai simplu circuit de protectie de tip fold-back este un circuit la care descresterea lui iOlimeste liniara in functie de vO

  • T H A N K Y O U !