Analog elektronik

Akronymer 12

Förord 13

 

1 Systemegenskaper 15

1.1 Blockscheman 15

1.2 Filterfunktioner 18

1.3 Analogt kontra digitalt 19

1.4 Förstärkning 23

1.5 Modell för förstärkare 27

1.6 In- och utresistans 27

1.7 Gränsfrekvenser och bandbredd 30

1.8 Distorsion 31

1.9 Inspänningar 32

Lika inspänningar (common mode) 33

Skillnadsspänning (differential mode) 33

1.10 Beteckningar 35

1.11 Symboler 36

Övningsuppgifter 37

2 Operationsförstärkarkopplingar 38

2.1 Den ideala operationsförstärkaren 39

2.2 Komparatorkopplingar 40

Komparator 41

Schmitt-trigger 42

2.3 Förstärkarkopplingar 44

Icke-inverterande förstärkarkoppling 45

Spänningsföljare 48

Inverterande förstärkarkoppling 49

Summatorkoppling 52

Differentialförstärkare 54

Instrumentförstärkare 56

Övningsuppgifter 59

 

3 Operationsförstärkarens egenskaper 66

3.1 Databladsuppgifter 67

3.2 Likspänningsegenskaper 68

Förstärkning 68

Spänningssving 69

Offsetspänning 69

Förströmmar 72

Offsetström 75

Temperaturdrift 75

Inspänningar 75

CMRR 76

PSRR 76

Utspänningsområde 77

3.3 Växelspänningsegenskaper 77

Frekvenskurva 77

Inresistans 78

Utresistans 78

Slew rate 79

3.4 Olika typer av operationsförstärkare 81

Övningsuppgifter 84

 

4 Praktiska tips 90

4.1 Passiva komponenter 91

Resistorer (motstånd) 91

Kondensatorer 93

Induktorer (spolar, drosslar) 93

4.2 Matningsspänning 94

Spänningsaggregat 95

Avkoppling 95

4.3 Jordning 96

4.4 Prototypbyggen 98

Schemaritning 98

Kopplingsdäck 100

Experimentkort 102

Snabbkurs i lödning 103

Deadbug 104

Utvärderingskort 105

Kopplingstips 105

4.5 Felsökning 106

4.6 Montering 107

4.7 Kretskort 108

 

5 Frekvensberoende kopplingar 112

5.1 RC-filter 112

5.2 Så ritar du Bodediagram 114

Nyquistdiagram 114

Bodediagram 114

5.3 Poler och nollställen 127

5.4 Frekvensberoende operationsförstärkarkopplingar 128

Övningsuppgifter 132

 

6 Motkoppling 138

6.1 Historisk bakgrund 138

6.2 Principen för motkoppling 141

6.3 Känslighet för variation av Av0 143

6.4 Olika motkopplingsfall 145

Fall 1 Utspänning avkänns – spänning subtraheras på ingången

(series–shunt-feedback) 145

Fall 2 Utström avkänns – ström subtraheras på ingången (shunt–

series-feedback) 149

Fall 3 Utström avkänns – spänning subtraheras på ingången

(series–series-feedback) 150

Fall 4 Utspänning avkänns – ström subtraheras på ingången

(shunt–shunt-feedback) 151

6.5 Stabilitet 152

6.6 Ett instabilt exempel 158

Fasmarginal 45º 161

βAv0 = –1 162

βAv0 utanför –1-punkten 163

6.7 Stabilisering av förstärkare 164

Intern frekvenskompensering 164

Extern frekvenskompensering 164

Kompenseringsprinciper 165

Dominerande –1-brytpunkt (dominerande pol) 165

Fasretarderande metod (Lag compensation) 167

Fasavancerande metod (Lead compensation) 169

6.8 Stabilitetsproblem med operationsförstärkare 172

Strökapacitanser 172

Kapacitiv last 173

Övningsuppgifter 176

 

7 PN-övergången 187

7.1 PN-övergången 187

7.2 Dioder 195

Vanlig kiseldiod 195

Zenerdiod 200

Lysdioder 202

Övningsuppgifter 204

 

8 MOS-transistorn 205

8.1 Uppbyggnad 207

Geometri 207

MOS-transistorns funktion 207

8.2 Olika arbetsområden 209

Ekvationer 210

Kanallängdsmodulation 216

Tröskelspänningen 218

8.3 Olika typer av MOS-transistorer 218

Anrikningstyp 219

Utarmningstyp 221

Sammanfattning formler för MOS 222

Övningsuppgifter 223

 

9 Förstärkare med MOS 224

9.1 Ett inledande förstärkarexempel 224

9.2 Vilopunktsinställning 233

Vilopunktsinställning med konstant UGS 233

Vilopunktsinställning med konstant UG och sourceresistor 237

Vilopunktsinställning med resistor från drain till gate 239

Vilopunktsinställning med strömgenerator 241

9.3 MOS-transistorns signalmodell 243

Småsignalscheman 244

9.4 Grundläggande förstärkarkopplingar 247

Signalberäkningar på förstärkarsteg 247

GS-steg, gemensam source, med resistiv last 249

GS-steg med PMOS-transistor 250

GS-steg med sourceresistor 251

GD-steg, gemensam drain eller sourceföljare 258

GG-steg, gemensam gate 259

9.5 Differentialförstärkare 261

Common mode (CM) och differential mode (DM) 262

Differentialförstärkaren 263

Vilopunkt 264

Lika inspänningar – Common Mode (CM) 264

Skillnadsinspänning - Differential Mode (DM) 265

9.6 Höga frekvenser 268

9.7 MOS-transistorn som switch 274

Sammanfattning formler för MOS 277

Övningsuppgifter 278

 

10 Bipolartransistorn 285

10.1 Bipolartransistorn ursprung 285

10.2 Bipolartransistorns uppbyggnad 288

10.3 Bipolartransistorns diagram 292

Ingångsdiagram 292

Överföringsdiagram 293

Utgångsdiagram 294

10.4 Bipolartransistorn som switch 295

Övningsuppgifter 300

 

11 Förstärkare med BJT 301

11.1 Förstärkning med bipolartransistorn 301

11.2 Vilopunktsinställning 303

11.3 Bipolartransistorns signalmodell 307

Signalschema 307

Inresistans rπ 308

Strömförstärkning βac 309

Utresistans ro 310

Transkonduktans gm 312

h-parametrar 316

11.4 GE-förstärkarsteg 318

11.5 Analys av förstärkare 325

11.6 GC-steget eller emitterföljaren 328

11.7 Tumregler för val av vilopunkt 333

11.8 Differentialförstärkaren 337

Lika inspänningar – Common Mode (CM) 338

Skillnadsinspänning – Differential Mode (DM) 338

Förstärkning vid lika inspänning ( CM ) 341

Förstärkning vid skillnadsinspänning  ( DM ) 342

11.9 Gränsfrekvenser 344

Undre gränsfrekvensen 345

Bipolartransistorns övre gränsfrekvens 349

11.10 Höga frekvenser 354

GB-koppling 354

Kaskodkoppling 354

11.11 Parkopplingar 355

11.12 Syntes av förstärkare 357

11.13 Motkoppling i transistorförstärkare 358

Förstärkare med lokal motkoppling 358

Kaskadkopplade steg 363

Förstärkare med yttre motkoppling 365

Övningsuppgifter 370

 

12 Integrerade förstärkare 375

12.1 Integrerad uppbyggnad av förstärkare 375

12.2 Likspänningskopplingar i MOS 377

12.3 Strömspeglar i MOS 378

12.4 Enkla förstärkarsteg med MOS 379

GS-steg med resistiv last (passiv last) 379

GS-steg med belastningstransistor (aktiv last) 380

CMOS–förstärkarsteg 381

Sourceföljare 381

Differentialförstärkare 382

12.5 Strömgeneratorkopplingar BJT 385

12.6 Likspänningskopplingar BJT 388

Nivåskift 388

Spänningsgenerator 389

Bandgapsreferens 390

12.7 Integrerade OP-förstärkare 391

Ingångssteget 392

Andra steget 393

Utgångssteget 393

12.8 Uppbyggnad OP 741 394

Vilopunktsinställningen 395

Förstärkningen i första steget 398

Förstärkningen i andra steget 400

Förstärkningen i tredje steget 401

Total förstärkning 401

Förstärkarens övre gränsfrekvens 402

Övningsuppgifter 403

 

13 Oscillatorer 409

13.1 Barkhausens svängningskriterium 409

13.2 Fasvridning med RC-nät 411

Fasskiftoscillatorn 411

Wienbryggoscillatorn 413

13.3 Amplitudstabilisering 417

13.4 LC-resonanta oscillatorer 420

Colpittsoscillator 423

Hartleyoscillator 424

13.5 Kristalloscillatorer 425

13.6 Spänningsstyrd oscillatorer 427

Övningsuppgifter 429

 

14 Effektförstärkare 432

14.1 Kylning 432

14.2 Effekttransistorns arbetsområde 436

14.3 Klass A effektförstärkare 437

14.4 Klass B effektförstärkare 440

14.5 En diskret uppbyggd effektförstärkare 449

14.6 Integrerade effektförstärkare 451

Bryggkopplad förstärkare 452

14.7 Klass C effektförstärkare 452

14.8 Klass D effektförstärkare 453

Övningsuppgifter 455

 

15 Spänningsförsörjning 459

15.1 Linjära spänningsaggregat 459

Transformatorn 460

Likriktaren 461

Glättning 462

Shuntreglering 466

Seriereglering 467

Integrerade serieregulatorer 472

Dubbelt spänningsaggregat 474

Förlusteffekt 474

15.2 Switchade spänningsaggregat 476

DC/DC-omvandlare av typen step-down 476

DC/DC-omvandlare av typen step-up 481

Inverterande omvandlare 483

Reglering av omvandlarens utspänning 484

Isolerad omvandlare 484

Övningsuppgifter 486

 

16 Blandade kopplingar 490

16.1 Öka drivförmågan hos OP 490

16.2 Enkelmatade system 492

Fall 1: UUT= k·UIN + m 494

Fall 2: UUT= k·UIN – m 495

Fall 3: UUT= –k·UIN + m 495

Fall 4: UUT= –k·UIN – m 496

16.3 Differentiator 496

16.4 Integrator 497

Rampgenerator 498

Funktionsgenerator 499

16.5 Ström–spännings-omvandlare 500

Ström till spänning 500

Spänning till ström 500

16.6 Likriktarkopplingar 501

Ideal halvvågslikriktare 501

Ideal helvågslikriktare 502

16.7 Toppvärdesdetektor 503

16.8 Aktiva filter 503

Lågpassfilter 504

Högpassfilter 505

Bandpassfilter 505

Notchfilter 506

16.9 Astabil vippa 507

16.10 Logaritmiska förstärkare 508

 

17 Högfrekvensteknik 509

17.1 Passiva komponenters högfrekvensegenskaper 509

Rak ledares induktans 509

Resistorer 510

Kondensatorer 512

Avkoppling av matningsspänningen 514

Induktorer (spolar) 515

17.2 Ledningsteori 516

Karakteristisk impedans 518

Reflektionsfaktor 522

Ståendevågförhållande 524

Några specialfall 525

Impedans 526

17.3 Avslutning 528

17.4 Några generella högfrekvenstips 529

Övningsuppgifter 530

 

Litteraturförteckning 531

Böcker 531

Application Notes 532

 

Svar till övningsuppgifter 533

Sakregister 545