SP - UMEL - Vysoké učení technické v Brně

Návrh analogových integrovaných obvodů (BNAO) 8510 Zesilovací stavební bloky integrovaných obvodůAnalogové systémy (integrované obvody) jsou vpodstatě celkem vhodně propojenýchjednodušších komponentů a pasivních prvků. Půjdeme-li ještě dále, můžeme i tytokomponenty (operační zesilovače, komparátory atd.) rozložit dále na základní stavební bloky.Mezi tyto základní stavební bloky řadíme jednoduché jednostupňové zesilovače, diferenčnípáry, proudové a napěťové reference apod. Aplikací tohoto hierarchického pohledu se stáváanalýza chování složitých systémů jednodušší a lépe pochopitelná. Samozřejmě důležitoupodmínkou pro pochopení chování složitějších systémů je právě znalost chování a omezeníprávě základních stavebních bloků. A těmto je věnována další kapitola.10.1 Invertor s aktivní zátěžíNejjednodušším blokem, o kterém lze prohlásit, že plní úlohu zesilovače, je invertors aktivní zátěží. Na Obr. 46 vidíme jeho obvodové zapojení pro variantu s a) nmos vstupnímtranzistorem a b) s pmos vstupním tranzistorem. Na rozdíl od verze invertoru pro logickéobvody je vstupní signál připojen pouze na gate jednoho tranzistoru. Tranzistor tvořící aktivnízátěž má pracovní bod nastaven pomocným referenčním napětím V bias .Obr. 46 CMOS implementace invertoru s aktivní zátěží a) nmos b) pmos vstupní tranzistorReferenční napětí vytváří tranzistor M B , který je zapojen v tzv. diodovém uspořádání(drain a gate tranzistoru je propojen) a protéká jím proud I bias . V následujících kapitoláchbude ukázáno, že toto uspořádání je stejné jaké je použito u jednoduchého proudovéhozrcadla.Napětí mezi G a S (V GS ) tranzistoru aktivní zátěže je konstantní a tudíž stejnosměrná(dc) napěťovo-proudová charakteristika je tímto určena. Pokud bude vstupní napětí V in menšínež je prahové napětí V TH tranzistoru M1, potom tranzistorem nepoteče téměř žádný proud avýstupní napětí bude v tomto případě velmi blízké napájecímu napětí VDD. V tomto případěpracuje tranzistor M1 v podprahovém („subthreshold“) režimu a tranzistor M2 v režimulineárním (odporovém, „triode“). Při zvyšování vstupního napětí V in začneme postupněopouštět podprahový režim a tranzistor se stává vodivým. Nicméně výstupní napětí stálezůstává blízké VDD až do okamžiku kdy proud tranzistorem M1 dosáhne hodnotysaturačního proudu (tranzistor M1 vstoupí do oblasti saturace). V tomto bodě mástejnosměrná převodní charakteristika poměrně prudký (a záporný) sklon (Obr. 47 a). V tétooblasti pracují oba tranzistory v saturačním režimu. Pokud nadále zvyšujeme vstupní napětí,