Analogiapiirit III. Tentti 15.1.1999



Samankaltaiset tiedostot
Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS128. Operaatiovahvistinrakenteet

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS128. Operaatiovahvistinrakenteet

Elektroniikka, kierros 3

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS127. Jatkuva-aikaiset IC-suodattimet ja PLL-rakenteet

20 Kollektorivirta kun V 1 = 15V Transistorin virtavahvistus Transistorin ominaiskayrasto Toimintasuora ja -piste 10

Vcc. Vee. Von. Vip. Vop. Vin

ANALOGIAPIIRIT III/SUUNNITTELUHARJOITUS OSA 2

Automaation elektroniikka T103403, 3 op SAU14snS. Pekka Rantala kevät 2016

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

Kaikki kytkennät tehdään kytkentäalustalle (bimboard) ellei muuta mainita.

Operaatiovahvistimen vahvistus voidaan säätää halutun suuruiseksi käyttämällä takaisinkytkentävastusta.

KANDIDAATINTYÖ. Tuukka Junnikkala SÄHKÖTEKNIIKAN KOULUTUSOHJELMA

CC-ASTE. Kuva 1. Yksinkertainen CC-vahvistin, jossa virtavahvistus B + 1. Kuva 2. Yksinkertaisen CC-vahvistimen simulaatio

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

S Elektroniset mittaukset ja elektroniikan häiriökysymykset. Vanhoja tenttitehtäviä

FYSP105 / K3 RC-SUODATTIMET

1 Kohina. 2 Kohinalähteet. 2.1 Raekohina. 2.2 Terminen kohina

1. Tasavirtapiirit ja Kirchhoffin lait

LABORATORIOTYÖ 1 MITTAUSVAHVISTIMET

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

ANALOGIAPIIRIT III/SUUNNITTELUHARJOITUS OSA 1

A. SMD-kytkennän kokoaminen ja mittaaminen

MITTALAITTEIDEN OMINAISUUKSIA ja RAJOITUKSIA

1 f o. RC OSKILLAATTORIT ja PASSIIVISET SUODATTIMET. U r = I. t τ. t τ. 1 f O. KAJAANIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikan ja liikenteen ala

R = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1

Laske relaksaatiotaajuus 7 µm (halk.) solulle ja 100 µm solulle.

Taitaja2004/Elektroniikka Semifinaali

Radioamatöörikurssi 2017

4. kierros. 1. Lähipäivä

TYÖ 2: OPERAATIOVAHVISTIMEN PERUSKYTKENTÖJÄ

Automaation elektroniikka T103403, 3 op AUT2sn. Pekka Rantala syksy Opinto-opas 2012

ELEKTRONIIKAN PERUSTEET T700504

Radioamatöörikurssi 2015

RADIOTEKNIIKKA 1 HARJOITUSTYÖ S-2009 (VERSIO2)

Aineopintojen laboratoriotyöt I. Ominaiskäyrät

Automaation elektroniikka T103403, 3 op SAH3sn. Pekka Rantala kevät Opinto-opas 2013

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

R = xw = W e (v SG V T )v SD. (4) (v SG V T )v SD. (5)

Tehtävä 8. Jännitelähteenä käytetään yksipuolista 12 voltin tasajännitelähdettä.

Vahvistimet. Käytetään kvantisointi alue mahdollisimman tehokkaasti Ei anneta signaalin leikkautua. Mittaustekniikka

Radioamatöörikurssi 2014

Radiokurssi. Modulaatiot, arkkitehtuurit, modulaattorit, ilmaisimet ja muut

LABORAATIO 1, YLEISMITTARI JA PERUSMITTAUKSET

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

1 PID-taajuusvastesuunnittelun esimerkki

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

KOHINA LÄMPÖKOHINA VIRTAKOHINA. N = Noise ( Kohina )

521124S Anturit ja mittausmenetelmät (5 op/3 ov) Koe

Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely)

Katsaus suodatukseen

Analogisen IC-piirin suunnittelu

ELEKTRONIIKAN PERUSTEET

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät Välikoe

ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen.

Sähkömagneettiset häiriöt. Mittaustekniikan perusteet / luento 9. Sähkömagneettiset häiriöt. Sähkömagneettiset häiriöt

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät Välikoe

Vastaa vain neljslsln tehtslvslsln. Voit valita viidestsl vaihtoehdosta neljsl mieleistiisi.

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

3. kierros. 2. Lähipäivä

a) I f I d Eri kohinavirtakomponentit vahvistimen otossa (esim.

Radioamatöörikurssi 2013

Perusmittalaitteet 2. Yleismittari Taajuuslaskuri

EVTEK/ Antti Piironen & Pekka Valtonen 1/6 TM01S/ Elektroniikan komponentit ja järjestelmät Laboraatiot, Syksy 2003

2. kierros. 1. Lähipäivä

1. a) Piiri sisältää vain resistiivisiä komponentteja, joten jännitteenjaon tulos on riippumaton taajuudesta.

M2A Suomenkielinen käyttöohje.

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

ELEC-C3230 Elektroniikka 1. Luento 1: Piirianalyysin kertaus (Lineaariset vahvistinmallit)

Mitataan kanavatransistorin ja bipolaaritransistorin ominaiskäyrät. Tutustutaan yhteisemitterikytketyn transistorivahvistimen ominaisuuksiin.

Petri Kärhä 04/02/04. Luento 2: Kohina mittauksissa

KÄYTTÖOPAS. DIGITAALINEN KYNÄYLEISMITTARI E , tuotenro

IIZE3010 Elektroniikan perusteet Harjoitustyö. Pasi Vähämartti, C1303, IST4SE

Esimerkki 1a. Stubisovituksen (= siirtokaapelisovitus) laskeminen Smithin kartan avulla

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!!

BL40A1711 Johdanto digitaalielektroniikkaan: CMOS-tekniikka ja siihen perustuvat logiikkapiiriperheet

VIRTAPIIRILASKUT II Tarkastellaan sinimuotoista vaihtojännitettä ja vaihtovirtaa;

PIIRIANALYYSI. Harjoitustyö nro 7. Kipinänsammutuspiirien mitoitus. Mika Lemström

S Mittaustekniikan perusteet Y - Tentti

EMC Säteilevä häiriö

12. Stabiilisuus. Olkoon takaisinkytketyn vahvistimen vahvistus A F (s) :

Tehtävä 1. Vaihtoehtotehtävät.

Osatentti

11. kierros. 1. Lähipäivä

EMC Mittajohtimien maadoitus

Kun järjestelmää kuvataan operaattorilla T, sisäänmenoa muuttujalla u ja ulostuloa muuttujalla y, voidaan kirjoittaa. y T u.

MONIKANAVAISET OHJELMOITAVAT VAHVISTIMET

Amprobe PM51A. Käyttöohje

Vahvistimet ja lineaaripiirit. Operaatiovahvistin

Sähköpaja. Kimmo Silvonen (X)

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Mittayksikköjärjestelmän fysikaaliset perusteet, osa II b, sähkösuureet. 1. Jännite ja Josephson-ilmiö 4. Sähkösuureiden yksiköt SI-järjestelmässä

DIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ

S Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö, kevät 2010

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Transkriptio:

Oulun yliopisto Elektroniikan laboratorio nalogiapiirit III Tentti 15.1.1999 1. Piirrä MOS-differentiaalipari ja johda lauseke differentiaaliselle lähtövirralle käyttäen MOS-transistorin virtayhtälöä (huom. epälineaarinen). Miten voisit parantaa differentiaaliparin lineaarisuutta? 2. Vertaile MOS- ja bipolaaritransistoreiden ominaisuuksia analogisessa signaalinkäsittelyssä. Esitä molemmille transistorityypeille sopivia käyttökohteita perusteluineen. 3. Piirrä ja mitoita gyraattoreihin perustuva aktiivinen RLC-resonaattori, jonka f 0 = 10MHz ja Q = 4. 4. Laske kuvan 1 käännetyn kaskadivahvistimen jännitevahvistus 0 kaistanleveys GBW SR tulon yhteismuotoisen jännitteen lineaarinen alue (input CMR) koko kytkennän virrankulutus kun biasvirta Ibias = 10µ, molempien lähtöjen kuormakapasitanssi on 1pF ja kaikki transistorit toimivat saturaatioalueella. Body-efektiä ei tarvitse ottaa huomioon. Vdd=5V W=10µ Ibias 5 2 6 M7 vb2 = 3 V vb3 = 2 V vb4 = 1.4 V inp W=60µ 0 1 W=60µ inn v3p v3n W=36µ W=72µ 3 7 M8 8 M6 M9 outp W=40µ W=36µ cmfb W=72µ 4 outn W=40µ Kuva 1.

Taulukko 1: 2 µm:n n-allas CMOS-prosessin sähköiset (spice) parametrit. nfet CGSO (F/m) 0.5e-9 CGDO (F/m) 0.5e-9 CGBO (F/m) 0.1e-9 CJ (F/m 2 ) 0.4e-3 MJ 0.5 CJSW (F/m) 0.4e-9 JS (/m 2 ) 0.03e-3 PB (V) 0.8 RSH (Ω/ ) 50 LMBD (1/V) 0.1e-6/L TOX (m) 35e-9 XJ (m) 0.06e-6 VT0 (V) 1 NSUB (1/cm 3 ) 50e15 MJSW 0.1 NEFF 5 UO (cm 2 /(Vs)) 500 KF (V 2 F) 1e-27 GMM (V 1/2 ) 1 PHI (V) 0.6 LD (m) 0.3e-6 Taulukko 2: 2 µm:n n-allas CMOS-prosessin sähköiset (spice) parametrit. pfet CGSO (F/m) 0.5e-9 CGDO (F/m) 0.5e-9 CGBO (F/m) 0.1e-9 CJ (F/m 2 ) 0.4e-3 MJ 0.5 CJSW (F/m) 0.4e-9 JS (/m 2 ) 0.03e-3 PB (V) 0.8 RSH (Ω/ ) 100 LMBD (1/V) 0.2e-6/L TOX (m) 35e-9 XJ (m) 0.1e-6 VT0 (V) -1 NSUB (1/cm 3 ) 20e15 MJSW 0.03 NEFF 2 UO (cm 2 /(Vs)) 150 KF (V 2 F) 5e-28 GMM (V 1/2 ) 1 PHI (V) 0.6 LD (m) 0.3e-6 Lisäksi K p (nmos) = 49 µ/v 2 ja K p (pmos) = 15 µ/v 2.

Oulun yliopisto Elektroniikan laboratorio nalogiapiirit III Tentti 20.11.1998 1. Mitä ongelmia käyttöjännitteiden alentaminen aiheuttaa analogiaelektroniikassa? 2. Esitä eri menetelmiä differentiaaliparin lineaarisuuden parantamiseksi. 3. Piirrä kuvan 1 mukaisen OP-vahvistimen piensignaalimalli. Johda kaava ja ratkaise vahvistus GBW SR tulon CMR lähdön lineaarinen toiminta-alue ja virrankulutus 4. Johda kuvan 2 SC-kytkennän siirtofunktio. Vdd 5 W=60U L=10U W=60U L=10U W=100U L=10U 10µ Vinn W=40U L=10U Vinp Vout Cc W=30U L=10U M6 M7 W=30U L=10U 2pF M8 W=100U L=10U Kuva 1.

Cf C2 C1 v i v o Kuva 2. Taulukko 3: 2 µm:n n-allas CMOS-prosessin sähköiset (spice) parametrit. nfet CGSO (F/m) 0.5e-9 CGDO (F/m) 0.5e-9 CGBO (F/m) 0.1e-9 CJ (F/m 2 ) 0.4e-3 MJ 0.5 CJSW (F/m) 0.4e-9 JS (/m 2 ) 0.03e-3 PB (V) 0.8 RSH (Ω/ ) 50 LMBD (1/V) 0.1e-6/L TOX (m) 35e-9 XJ (m) 0.06e-6 VT0 (V) 1 NSUB (1/cm 3 ) 50e15 MJSW 0.1 NEFF 5 UO (cm 2 /(Vs)) 500 KF (V 2 F) 1e-27 GMM (V 1/2 ) 1 PHI (V) 0.6 LD (m) 0.3e-6 Taulukko 4: 2 µm:n n-allas CMOS-prosessin sähköiset (spice) parametrit. pfet CGSO (F/m) 0.5e-9 CGDO (F/m) 0.5e-9 CGBO (F/m) 0.1e-9 CJ (F/m 2 ) 0.4e-3 MJ 0.5 CJSW (F/m) 0.4e-9 JS (/m 2 ) 0.03e-3 PB (V) 0.8 RSH (Ω/ ) 100 LMBD (1/V) 0.2e-6/L TOX (m) 35e-9 XJ (m) 0.1e-6 VT0 (V) -1 NSUB (1/cm 3 ) 20e15 MJSW 0.03 NEFF 2 UO (cm 2 /(Vs)) 150 KF (V 2 F) 5e-28 GMM (V 1/2 ) 1 PHI (V) 0.6 LD (m) 0.3e-6 Lisäksi K p (nmos) = 49 µ/v 2 ja K p (pmos) = 15 µ/v 2.

Oulun yliopisto Elektroniikan laboratorio nalogiapiirit III Tentti 17.9.1998 1. Mikä on gyraattori? Esitä gyraattorin rakenne lohkokaaviotasolla ja johda sen siirtofunktio. Mihin ja miksi käyttäisit gyraattoria? 2. Piirrä 2-asteisen Miller-kompensoidun puskuroimattoman operaatiovahvistimen (OP) piirikaavio. Merkitse piirikaavioon myös kohinalähteet. Johda lauseke lähdön kokonaiskohinalle vahvistimen kaistanleveyttä pienemmillä taajuuksilla. 3. Ratkaise kuvan 1 translineaaripiiristä I W käyttäen translineaari-periaatetta. Oleta, että β on ääretön. 4. Johda kuvan 2 SC-kytkennän siirtofunktio.

I W I x Q1 Q3 Q4 Q5 I y Q2 Q7 Q6 Kuva 1. C2 v o v i C1 Kuva 2.

Oulun yliopisto Elektroniikan laboratorio nalogiapiirit III Tentti 13.6.1998 1. Esitä MOS-transistorin eri toiminta-alueet ja vertaile ominaisuuksia. 2. Esitä signaalin reitti piirilevyltä integroidulle piirille. Mitä hajasuureita on matkalla ja mitä haittaa niistä on? Esitä matalalla taajuudella toimivan analogia-i/o-solun rakenne. Mihin ja miksi I/O-solua tarvitaan? 3. Tehtävänäsi on suunnitella kuvan 1 mukainen OT-vahvistin. Spesifikaatioissa on annettu slew-rate, vahvistus, GBW, tulon CMR ja lähdön lineaarinen toiminta-alue. Missä järjestyksessä mitoitat virrat ja transistorit ja mitä kaavoja käytät mitoituksessa? (Käy läpi vaihe vaiheelta ja kirjoita jokaisessa vaiheessa käytettävä kaava.) Piirrä vahvistimen piensignaalimalli ilman kapasitansseja. 4. Osoita, että kuvan 2 SC-vahvistimessa operaatiovahvistimen offset-jännite U off ei vahvistu lähtöön.

Vdd 5 W 1 L 1 V5 W 2 L 2 W 3 L 3 V1 I bias Vinn W 4 L 4 M6 Vinp W V3 V4 7 W 8 W 9 W 10 L 7 M7 M8 L 8 L 9 M9 0 L 10 V2 W 5 L 5 W 6 L 6 C load Vout Kuva 1. C2 C1 v in M6 v out U off Kuva 2.

Oulun yliopisto Elektroniikan laboratorio nalogiapiirit III Tentti 3.4.1998 1. Mitä tarkoittaa lähdön yhteismuotoisen jännitteen takaisinkytkentä? Missä, milloin ja miksi sitä tarvitaan? Esitä toteutus, kun käytössäsi on MOS-transistoreita, vastuksia, kondensaattoreita, kytkimiä ja kellogeneraattori. Mitkä ovat esittämäsi kytkennän hyvät ja huonot puolet? Mitä asioita on huomioitava käytännön toteutuksessa? 2. Vertaile MOS- ja bipolaaritransistoreiden ominaisuuksia analogisissa sovelluksissa. Piirrä NMOS- ja NPN-transistorien symboli, piirikuvio, halkileikkaus ja piensignaalimalli. 3. Osoita, että kuvan 1 SC-vahvistimessa operaatiovahvistimen offset-jännite U off ei vahvistu lähtöön (ratkaise siirtofunktio). 4. Tehtävänäsi on suunnitella kuvan 2 mukainen OT-vahvistin. Spesifikaatioissa on annettu slew-rate, vahvistus, GBW, tulon CMR ja lähdön lineaarinen toiminta-alue. Missä järjestyksessä mitoitat virrat ja transistorit ja mitä kaavoja käytät mitoituksessa? (Käy läpi vaihe vaiheelta ja kirjoita jokaisessa vaiheessa käytettävä kaava.) Piirrä vahvistimen piensignaalimalli ilman kapasitansseja.

C2 C1 v in M6 v out U off Kuva 1. Vdd 5 W 1 L 1 V5 W 2 L 2 W 3 L 3 V1 I bias Vinn W 4 L 4 M6 Vinp W V3 V4 7 W 8 W 9 W 10 L 7 M7 M8 L 8 L 9 M9 0 L 10 V2 W 5 L 5 W 6 L 6 C load Vout Kuva 2.

Oulun yliopisto Elektroniikan laboratorio nalogiapiirit III Tentti 30.1.1998 1. Esitä a) MOS-transistorin ja b) bipolaaritransistorin tärkeimmät kohinalähteet ja piirrä kohinalähteet transistorien piensignaalimalleihin. Kirjoita kohinalähteiden kaavat (1/f-kohinan kaavaa ei tarvitse kirjoittaa). 2. Esitä Σ -D/-muuntimen rakenne ja toiminta. 3. Piirrä kuvan 1 kaskadilähtöasteisen OT-vahvistimen piensignaalimalli. Johda kaava ja ratkaise vahvistus GBW SR tulon CMR lähdön lineaarinen toiminta-alue ja virrankulutus Transistorin 1 body-efektiä ei tarvitse ottaa huomioon. 4. Mitoita kuvan 2 SC-integraattori siten, että sen taajuusvaste vastaa operaatiovahvistimella toteutetun integraattorin taajuusvastetta (C1, C2 ja kellotaajuus). Signaalin taajuus on 2 khz...20 khz. Johda SC-integraattorin siirtofunktio. (Kytkinten resistanssin oletetaan olevan 0 Ω)

5 Vinn Vinp Vout Cload 10pF M9 I1 Vdd M6 0 M8 M7 V1 V2 V3 V4 V5 1 2 vb1=3v vb2=2v 2.5µ W=34µ W=34µ W=5µ W=5µ W=30µ W=30µ W=5µ W=5µ W=10µ W=30µ Kuva 1. C2 v i v o C1 2pF v i v o 1MΩ Kuva 2.

Oulun yliopisto Elektroniikan laboratorio nalogiapiirit III Tentti 21.11.1997 1. Miten suunnittelet integroidut komponentit, esim. vastukset, kondensaattorit, MOS-transistorit, niin, että komponenttien sovitus on mahdollisimman hyvä? 2. Esitä suoran SC-integraattorin rakenne. Johda siirtofunktio. 3. Ratkaise kuvan 1 translineaaripiiristä I W käyttäen translineaari-periaatetta. Oleta, että β on ääretön. 4. Tehtävänäsi on suunnitella kuvan 2 mukainen OP-vahvistin. Spesifikaatioissa on annettu slew-rate, vahvistus, GBW, tulon CMR, lähdön lineaarinen toiminta-alue ja vaihevara. Missä järjestyksessä mitoitat virrat, transistorit ja kompensointikondensaattorin C C ja mitä kaavoja käytät mitoituksessa? (Käy läpi vaihe vaiheelta ja kirjoita jokaisessa vaiheessa käytettävä kaava.) Piirrä vahvistimen piensignaalimalli ilman kapasitansseja.

I W I x Q1 Q3 Q4 Q5 I y Q2 Q7 Q6 Kuva 1. Vdd 5 W W 1 2 L L 1 2 W 3 L 3 Ibias Vinn W 4 L 4 W 5 L 5 Vinp Cc Vout W 6 W 7 W 8 L 6 M6 M7 L 7 M8 L 8 C load Kuva 2.