מעגלים אלקטרוניים אנלוגיים 1

[4.00 נ"ז] מספר קורס: 20373

מטרות הקורס:

הקורס מעגלים אנלוגיים משמש נדבך מרכזי וחשוב ביותר בהכשרת הסטודנט להנדסת אלקטרוניקה. מעגלים אנלוגיים נמצאים בכל מערכת אלקטרונית המיוצרת כיום. המעגלים מהווים חלק מרכזי במערכות תקשורת, בקרה, הגברה ומכשור. במערכות ספרתיות הם משמשים כממשק בין העולם הספרתי לעולם האנלוגי. מעגלים אנלוגיים 1 מתמקד תחילה בלימוד והבנת התנהגותם של רכיבים אלקטרוניים בסיסיים המבוססים על טכנולוגיות יצור של מוליכים למחצה כמו דיודות, טרנזיסטורים בטכנולוגית FET וכן טרנזיסטורים ביפולאריים (BJT). הקורס מתמקד בתכן ואנליזה של מעגלים אלקטרוניים המשלבים רכיבים אלו ובשיטות תכנון של סוגי מגברים שונים. בקורס נלמד לנתח מעגלים אלקטרוניים ב DC וכן את משמעות המודלים לאות קטן וכיצד באמצעותם מנתחים התנהגות דינמית כמו התנגדות והגבר של מעגל אלקטרוני.

תקציר הקורס:

דיודות: מבנה צומת PN. הדיודה כרכיב לא ליניארי. אופין הדיודה I-V ומשוואות זרם-מתח של הדיודה. מודלים מקורבים של הדיודה לחישוב זרמים ומתחים במעגלים ממבוססי דיודות ונגדים. הדיודה כרכיב מיישר, גשר דיודות. חישוב סכמת התמורה וההתנגדות הדינמית לאות קטן. דיודת זנר: אופין I-V של דיודת זנר בממתח אחורי. תכנון מעגל ייצוב המבוסס על דיודת זנר ונגד. תכנון מייצבי מתח ליניאריים פסיביים בעזרת גשר דיודות ודיודות זנר. שימוש בדיודות ודיודות זנר למעגלי קטימה (Clipping) וריתוק (Clamping). משאבת מטען. ניתוח מעגלים בשימוש סימולציית PSpice. מודל הדיודה ב SPICE - קיבולי הצומת בממתח אחורי ובממתח קדמי ותיאור סכמת התמורה לתדר גבוה.
טרנזיסטור MOSFET: מבנה פיזיקאלי של טרנזיסטורי NMOS ו PMOS, טרנזיסטור מסוג Depletion ומסוג Enhancement ונוסחת הזרם הפרבולית. התנאים למצבי קיטעון (Cutoff), אוהמי או ליניארי (Triode), ורוויה (Saturation). אופייני מתח-זרם של הטרנזיסטור. אפקט התקצרות התעלה והשפעתו על נוסחת הזרם. אפקט המצע והשפעתו על Vt. מעגלי ממתח שונים ליציבות המגבר וחישוב נקודת העבודה Q {IDQ, VDSQ}. סכמת תמורה לאות גדול וחישוב של סכמת התמורה לאות קטן. הפרמטר gm (trans-conductance). הפרמטר gmb. מודל ה MOSFET לתדר גבוה וחישוב fT.
טרנזיסטור ביפולרי: מבנה פיזיקאלי של טרנזיסטורי NPN ו PNP. משוואות הזרם לפי מודל של Ebers-Moll (לימוד עצמי של הסטודנט). אופייני מתח-זרם שונים של ה BJT. אפקט התקצרות הבסיס והשפעתו על נוסחת הזרם. התנאים למצב קיטעון (Cutoff), פעיל קדמי (Active) ופעיל אחורי (Reverse Active), ורוויה (Saturation). מעגלי ממתח שונים ליציבות של מגברים וחישוב נקודת העבודה Q {ICQ, VCEQ}. הפרמטר gm (trans-conductance). סכמת תמורה לאות גדול וחישוב של סכמת התמורה לאות קטן. עיקרון טרנספורמציית האימפדנסים של ה BJT ( ההוכחה בלימוד עצמי). מודל הטרנזיסטור לתדר גבוה ומציאת fT.
מגברים: חישוב הגברי מתח וזרם לאות קטן והתנגדות כניסה ומוצא של דרגת ההגבר בתדר הביניים. יחושבו שלושת תצורות המגבר הבסיסיים (CS, CG, CD) עבור MOS ו (CE, CB, CC) עבור BJT.
המגבר הדיפרנציאלי: תיאור המגבר עם עומס פסיבי ועקרונותיו, ניתוח באות גדול, אופין מתח-זרם מנורמל בטכנולוגיית BJT ו MOS. ניתוח וסכמת תמורה לאות קטן. הגדרה וחישוב המושגים: Rid, Ricm, Ad, Acm, CMRR. הגדרת VOS, IOS ו IBIAS. בעיות אי-אידיאליות וניתוח מעגל המגבר לחישוב הגורמים למתחי וזרמי Offset.
מגברים מיוחדים מרובי טרנזיסטורים: תיאור מגבר cascade ומגבר cascode. מגבר הפרש מסוג cascode ומגבר הפרש בקונפיגורציית CC-CB. מגברים אחרים מרובי דרגות. שילוב של BJT ו MOS.
תגובת תדר של מגברים: חישוב הקטבים והאפסים הדומיננטיים של פונקציות תמסורת של ההגבר בתדר נמוך ותדר גבוה. חישוב fH ו fL של מגברים בעלי דרגת הגבר אחת.

ספרות מומלצת:

Sedra & Smiith, Microelectronic Circuits, 5th edition, Oxford University Press 2004
R. W. Goody, PSpice for Windows, Volume II, Prentice-Hall, Inc. 2001.

שעות הרצאה

3 שעות

שעות התירגול

2 שעות

דרישות קדם

הנדסת חשמל 2.