پایان نامه طراحی و شبیه سازی تقویت کننده های عملیاتی با توان و ولتاژ پایین و هدایت انتقالی ثابت

پایان نامه طراحی و شبیه سازی تقویت کننده های عملیاتی با توان و ولتاژ پایین و هدایت انتقالی ثابت

چکیده

تقویت کننده عملیاتی یک بلوک ساختاری بنیادی در طراحی مدار مجتمع آنالوگ است . برای ولتاژهای تغذیه پایین، ولتاژ ورودی مد مش ترک و ولتاژ خروجی تقویت کننده های عملیاتی همیشه نیازمند آن هستند که توانایی نوسان از خط تغذیه منفی تا مثبت را داشته باشند. یعنی Rail-to-Rail. 

اکثر طراحی های متعارف برای رسیدن به محدوده Rail-to-Rail از زوج های تفاضلی مکمل استفاده میکنند. در ساختارهای زوج تفاضلی مکمل، هنگامی که هر دو زوج تفاضلی فعال هستند، تغییرات هدایت انتقالی به میزان 100% خواهد شد که این تغییرات نامطلوب استفاده از روش های هدایت انتقالی ثابت را تحمیل می کند. 

در مدارهای دیجیتال، ولتاژهای پایین تر منجر به مصرف توان پایین تر می شوند. اما، کاهش ولتاژ تغذیه در مدارهای آنالوگ تاثیر چندانی در کاهش توان ندارد . به همین منظور برای رسیدن به توان پایین در مدارهای آنالوگ باید از روش ها و تکنیک های توان پایین استفاده کرد. در اکثر طراحی ها برای داشتن مصرف توان پایین، مدارها را در ناحیه زیر آستانه بایاس میکنند. 

در این پایان نامه، یک تقویت کننده عملیاتی ولتاژ پایین، توان پایین با هدایت انتقالی ثابت و محدوده ورودی، خروجی Rail-to-Rail پیشنهاد خواهد شد. 

طبقه ورودی تقویت کننده عملیاتی برای به وجود آوردن محدوده Rail-to-Rail از زوج های تفاضلی مکمل استفاده شده است، عملیات هدایت انتقالی ثابت توسط یک آینه جریان یک برابر و یک کلید جریان میسر می گردد. 

به منظور رسیدن به محدوده خروجی Rail-to-Rail ترانزیستورهای خروجی در ترکیب سورس مشترک متصل شده اند. با بایاس ترانزیستورهای تقویت کننده در ناحیه زیرآستانه هدف توان پایین، ولتاژ پایین نیز برآورده شده است. در این پایان نامه از جبران سازی فرکانسی میلر کسکد استفاده شده که در مقایسه با جبران سازی میلر کلاسیک، با مصرف توان کمتر پهنای باند بهتری را ارائه میدهد. 

مقدمه

در فصل اول پایان نامه، تمامی مطا لب مورد نیاز برای فهم تقویت کننده های عملیاتی ولتاژ و توان پایین ارائه میشود. اگر چه این مطالب اساساً برای اشخاص مبتدی حائز اهمیت است، اما بخشی از این فصل برای افرادی که مطالعه قبلی پیرامون فصل اولیه دارند نیز جالب و خواندنی است. 

در فصل دوم پایان نامه، مط البی پیرامون طبقه ورودی تقویت کننده عملیاتی بیان می گردد. در این راستا، مفاهیمی که ارتباط مستقیم با طبقه ورودی دارد، مطرح می شود . طبقات ورودی مکمل Rail-to-Rail ساختارهای ورودی در محیط ولتاژ پایین، مزایا و معایب هر کدام از این روشها در این فصل معرفی میگردد.

در فصل سوم پایان نامه، دلایل نیاز به هدایت انتقالی ثابت معرفی می گردد . در این فصل، روش های کاهش تغییرات هدایت انتقالی به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است. 

در فصل چهارم پایان نامه ، دو روش افزایش بهره تقویت کننده عملیاتی بررسی می شود. در این فصل، هم چنین مروری بر ساختارهای کسکد در طراحی ولتاژ پایین صورت گرفته است. 

در فصل پنجم پایان نامه ، طبقه خروجی سورس مشترک، کلاس AB ،AB پیش خور و پس خور، روشهای جبران فرکانسی بررسی می گردد، که روش جبران سازی میلر کسکد بیان شده در این فصل گزینه مناسبی برای داشتن پهنای باند مناسب در طراحی های ولتاژ و توان پایین می باشد.

پس از بیان کلیه مطالب و مفاهیم مورد نیاز و مشکلات طراحی یک تقویت کننده عملیاتی با ولتاژ و توان پایین و هدایت انتقالی ثابت و با محدوده ورودی و خروجی Rail-to-Rail در فصل های اول تا پنجم، تقویت کننده عملیاتی پیشنهاد شده در این پایان نامه در فصل ششم مطرح شده است. در این فصل طبقه ورودی و خروجی و جبران سازی فرکانسی طراحی معرفی شده به تفکیک مورد بررسی قرار گرفته است. اندازه و مقدار اجزاء مورد استفاده در طراحی و نتایج شبیه سازی ارائه شده است . هم چنین در این فصل مق ایسه ای بین نتایج طراحی تقویت کننده عملیاتی پیشنهاد شده و مرجع [ 26 ] صورت گرفته است. 

در فصل هفتم پایان نامه ، نتیجه گیری و پیشنهادات لازم برای افراد علاقه مند به پیگیری موضوع این پایان نامه بیان شده است. 

این پایان نامه دارای یک پیوست میباشد که شامل پارامترهای مدل Hspice است.