Prácticas de Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos1º de Ingeniero en ElectrónicaDepartamento de Ingeniería Electrónica http://www.gte.us.es/ASIGN/DCSE_1IE/

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PRACTICA 3: Amplificador Operacional (1)1 Introducción2 Cuestionario3 Cuestionario opcional

1 Introducción

M2

Vout

Ibias

M1

M3

Vdd Vdd Vdd

M4

M5MbpM6

M7

Vb

Va

2

13

4

5

7

9

CL

8

** Practica 3.include L49MOSIS.mod

.subckt opamp 1 2 4 9M1 8 1 3 4 cmosp w=Xu l=XuM2 7 2 3 4 cmosp w=Xu l=XuM5 3 5 4 4 cmosp w=Xu l=Xu

M3 7 7 0 0 cmosn w=Xu l=Xu M4 8 7 0 0 cmosn w=Xu l=Xu

Mbp 5 5 4 4 cmosp w=Xu l=Xu

Ib 5 0 dc XXXuM6 9 5 4 4 cmosp w=Xu l=XuM7 9 8 0 0 cmosn w=Xu l=Xu .ends

Vdd 4 0 dc 3.3

X1 1 2 4 3 opampVd 1 2 dc XXX ac 1Vc 2 0 dc XCL 3 0 XXX

** Analisis a realizar*.dc vd -3.3 3.3 10m*.dc vd –0.1 0.1 1m*.dc vc 0 3.3 0.01*.op*.ac dec 10 10k 10meg.end

El circuito de la figura es un amplificador operacional con entrada diferencial (terminales Va-Vb)y salida en el terminal Vout.

Supondremos que todos los transistores se encuentran polarizados en la zona de saturación.

Las dependencias funcionales existentes se comentan a continuación:

La intensidad que recorre el transistor Mbp (Ibias) se relaciona con las intensidadesque circulan por los transistores M5 y M6 a través del cociente de sus relaciones deaspecto.

El par diferencial está compuesto por los transistores M1 y M2, que poseen la mismarelación de aspecto.

La carga de dicho par diferencial está compuesta por los transistores M3 y M4 La salida del amplificador diferencial (V(8)) es a su vez amplificada por una etapa

inversora (M7 con carga activa M6) siendo la salida del sistema V(9)

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Como se puede observar en el netlist anterior, se ha creado un subcircuito que contiene ladescripción del amplificador operacional, el cual referenciaremos con la conectividad queaparece en la siguiente figura:

Vd

Vdd

Vc

Vo

1

2

4

3

CL

X1 1 2 4 3 opampVd 1 2 dc 0 ac 1Vc 2 0 dc XCL 3 0 XXX

Para la representación de tensiones plot v(x1:8) v(3) plot v(x1:8) v(3)

La ganancia de tensiones de la etapa diferencial es:

Av1 = gm1 · ( ro1 || ro4 )/2

La ganancia de la etapa inversora es:

Av2 = gm7 · (ro7||r06)

Para la representación de las ganancias en tensiones plot vdb(x1:8) vdb(3) plot vdb(x1:8) vdb(3)

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2 CuestionarioNombre:

Nº Matrícula

ABCDE

Lx (um) 0.35·(A+3)W1, W2, W5 (um) 350·(B+1)W3, W4 (um) 175·(B+1)W6, W7(um) 350·(C+1)Wbp (um) 20·(C+1)Ibias (uA) 20·(D+1)CL(pF) 10·(E+1)

Vdd (v) 3.3v

nMOS pMOSKn (uA/v2) 191 72Vth (v) 0.48 -0.73Lambda (1/v) 0.03 0.03

Q1 (Analisis DC)Realizar un barrido con la tensión diferencial de entrada (Vd) y dibujar las tensiones de salidaen los nodos 8 y 9. Determinar de forma aproximada la ganancia estática en tensiones.

.DC Vd –3.3 3.3 10m

V(x1:8)

V(3)

Tecnología MOSIS-TSMC SCN0350.35um double poly

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Q2 (Analisis DC)Realizar un barrido con la tensión común de entrada (Vc) y dibujar las tensiones de salida enlos nodos 8 y 9. Determinar el rango de tensiones de entrada

.DC Vc 0 3.3 10m

V(x1:8)

V(3)

Q3 (Analisis OP)Aplicando una tensión en modo común adecuada, obtener las intensidades que circulan porcada transistor

Mbp M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7

Q3 (Analisis AC)Realizar un barrido frecuencial con la fuente Vd y calcular la ganancia estática y la frecuenciasuperior de corte en los nodos 8 y 9

V(8) V(9)Avo(dB)

ω3dB (Hz)

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3 Cuestionario opcional

En los siguientes apartados deben realizarse modificaciones justificadas cualitativamente ycomprobarse cuantitativamente empleando SPICE. Se valorará un breve razonamiento y no elvalor numérico.

O1Qué modificaciones serían necesarias paraaumentar la ganancia estática de tensiones.

O2Qué modificaciones serían necesarias paraaumentar el rango de tensiones a la salida.