Fakultet elektrotehnike i računarstvaZavod za elektroniku, mikroelektroniku,

računalne i inteligentne sustave

Mikroelektronički sklopoviMikroelektronički sklopovi

Željko Butković

CMOS operacijska pojačalaCMOS operacijska pojačala

CMOS operacijska pojačala 2

Osnovna svojstvaOsnovna svojstva

raspon ulaznog zajedničkog napona (engl. input common‑mode range - CMR)

pojačanje bez povratne veze (engl. open‑loop gain) faktor potiskivanja (engl. common‑mode rejection ratio - CMRR) faktor potiskivanja napona napajanja (engl.

power supply rejection ratio - PSRR) brzina promjene izlaznog napona (engl. slew rate) disipacija snage

CMOS operacijska pojačala 3

Osnovno operacijsko pojačalo Osnovno operacijsko pojačalo

SSpn

ddmVdV

I

k

rrgAA

2

4221

2

21 VVVO AAA

8

7

8772

2

Dpn

ddmV

I

k

rrgA

CMOS operacijska pojačala 4

Frekvencijska kompenzacija Frekvencijska kompenzacija

Uz povratnu vezu:VO

VOVf A

AA

1

Stabilnost određuje produkt AVO.

Za sljedilo 1.

CMOS operacijska pojačala 5

Nadomjesni sklop pojačalaNadomjesni sklop pojačala

Bez kompenzacijskog kondenzatora Cc.

111 CR

421 dd rrR 72744221 1 gdvgsbdgdbdgd CACCCCCC

222 CR

872 dd rrR Pbdgdbdgd CCCCCC 88772

CMOS operacijska pojačala 6

Frekvencijska karakteristika nekompenziranog pojačala Frekvencijska karakteristika nekompenziranog pojačala

13200dB 4,82 VOA

kHz 591 pf MHz 7,32 pf

Za Φ 180°:

MHz 1,25f dB 3,130 VA

Za |AVO | 0 dB:

MHz 5,531 f 194

CMOS operacijska pojačala 7

Frekvencijska kompenzacijaFrekvencijska kompenzacija

Kompenzacijski kondenzator Cc - unosi u frekvencijsku karakteristiku pojačala dominantni pol.

Uz Cc znatno veći od C1, u frekvencijskom području u kojem Cc ruši pojačanje vrijedi

culdmiz

Cjugu

1

2c

m

uld

izVO

Cj

g

u

uA

2

Uz |AVO | 1 0 dB na frekvenciji f1: 1

2

2 f

gC m

c

CMOS operacijska pojačala 8

Frekvencijska karakteristika kompenziranog pojačala Frekvencijska karakteristika kompenziranog pojačala

Hz 3001 pf MHz 232 pf

Za |AVO | 0 dB:

MHz 7,41 f 135

pF 5,3cC

)45( FO

CMOS operacijska pojačala 9

Detaljna visokofrekvencijska analiza (1)Detaljna visokofrekvencijska analiza (1)

iziz

mciz uCsR

uugCsuu 2

2272

211

222 uCs

R

uugCsuu uldmciz

1

1

21722112

212121

72171

sCRRgCCRCCRsCCCCCRRgsC

RRgg

u

uA

cmccc

m

cmm

uld

izVO

CMOS operacijska pojačala 10

Detaljna visokofrekvencijska analiza (2)Detaljna visokofrekvencijska analiza (2)

111

11)(2121

2

21

s

ssss

s

s

s

s

ssD

pppppp

Uz |sp1| |sp2|: 1)(121

2

ppp s

s

ss

ssD

cmcmccp

CRRgCRRgCCRCCRs

21721722111

11

2121

7

212121

12

/1

CCCCC

Cg

CCCCCRR

ss

c

cm

c

pp

c

mz

C

gs 7

1

CMOS operacijska pojačala 11

Eliminiranje nule Eliminiranje nule

Za frekvenciju sz1 izlazni napon uiz 0:

27

1

2

1ug

CsR

um

czz

zmcz

RgCs

71

/1

1

CMOS operacijska pojačala 12

Frekvencijska karakteristika kompenziranog pojačala s otpornikomFrekvencijska karakteristika kompenziranog pojačala s otpornikom

kHz 5,11 pf MHz 232 pf

Za |AVO | 0 dB:

MHz 161 f 135

fF 700cC

)45( FO

k 1,6zR

MHz 1301 zf

CMOS operacijska pojačala 13

Izvedba otpornika Rz tranzistorom Izvedba otpornika Rz tranzistorom

zpGSGS

d RUUk

r

099

91

pGSGSm UUkg 0777

Uz k7 k10 k11 i k8 k12

odnosno UGS7 UGS9

9

7797

k

kRgrg zmdm

CMOS operacijska pojačala 14

Operacijsko pojačalo s izlaznim pojačalom snageOperacijsko pojačalo s izlaznim pojačalom snage

CMOS operacijska pojačala 15

Operacijsko pojačalo s kaskodnim ulazom Operacijsko pojačalo s kaskodnim ulazom

CMOS operacijska pojačala 16

Strminsko operacijsko pojačaloStrminsko operacijsko pojačalo

CMOS operacijska pojačala 17

Strminsko operacijsko pojačaloanalizaStrminsko operacijsko pojačaloanaliza

uldm

ululm

dd ug

uug

ii22

2212

7348 kNkNkNk 910 kNk

2108 ddd iNii

10822 dddiz rriNu 1082 ddmuld

izVd rrgN

u

uA

2108 2 dddiz iNiii 2muld

izMd gN

u

iG

1

1313

R

UUI GSB

D

CMOS operacijska pojačala 18

Frekvencijska karakteristika nekompenziranog strminskog pojačala Frekvencijska karakteristika nekompenziranog strminskog pojačala

91dB 2,39 VOA

MHz 3,41 pf

Za Φ 180°:

MHz 240f dB 1,10 VA

Za |AVO | 0 dB:

MHz 2601 f 185

CMOS operacijska pojačala 19

Frekvencijska karakteristika kompenziranog strminskog pojačala Frekvencijska karakteristika kompenziranog strminskog pojačala

kHz 8401 pf

Za |AVO | 0 dB:

MHz 681 f 135

fF 310cC

)45( FO

Uz 1/(ωCP) << rd8||rd10:

uldP

m

P

iziz u

Cj

gN

Cj

iu

2

P

m

uld

izV

Cj

gN

u

uA

2

0

CMOS operacijska pojačala 20

Strminsko operacijsko pojačalo velikog hoda Strminsko operacijsko pojačalo velikog hoda

CMOS operacijska pojačala 21

Sklopljeno kaskodno strminsko operacijsko pojačalo Sklopljeno kaskodno strminsko operacijsko pojačalo