Verstärkertechnik I

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Die Vorlesung Verstärkertechnik I behandelt aktive analoge Schaltungen mit einem Schwerpunkt auf linearen integrierten Verstärkern in CMOS-Technologie. Nach einer Wiederholung der analogen Grundschaltungen wird in die Technik der integrierten Operationsverstärker eingeführt. Der innere Aufbau dieser Verstärker wird dabei von der Eingangs- bis zur Ausgangsstufe erläutert und es wird auf Eigenschaften wie Frequenzgang, Einschwingverhalten, Rauschen und nichtlineare Verzerrungen eingegangen. Zum Abschluss werden Anwendungen der Operationsverstärker in komplexen Integrierten Schaltungen der Nachrichtentechnik aufgezeigt, u.a. aktive Filter in Sendern und Empfängern für die Mobilkommunikation, OP-basierte Eingangsstufen sehr schneller Analog-Digital-Wandler für die optische Datenübertragung und Schaltungen für die Auswertung von Sensorsignalen. Die Vorlesung Verstärkertechnik I behandelt aktive analoge Schaltungen mit einem Schwerpunkt auf linearen integrierten Verstärkern in CMOS-Technologie. Nach einer Wiederholung der analogen Grundschaltungen wird in die Technik der integrierten Operationsverstärker eingeführt. Der innere Aufbau dieser Verstärker wird dabei von der Eingangs- bis zur Ausgangsstufe erläutert und es wird auf Eigenschaften wie Frequenzgang, Einschwingverhalten, Rauschen und nichtlineare Verzerrungen eingegangen. Zum Abschluss werden Anwendungen der Operationsverstärker in komplexen Integrierten Schaltungen der Nachrichtentechnik aufgezeigt, u.a. aktive Filter in Sendern und Empfängern für die Mobilkommunikation, OP-basierte Eingangsstufen sehr schneller Analog-Digital-Wandler für die optische Datenübertragung und Schaltungen für die Auswertung von Sensorsignalen.

Inhaltsverzeichnis

1. Grundlagen der aktiven analogen Schaltungen
1.1. Transistor-Grundschaltungen
1.1.1. MOSFET: Source-, Gate-, Drainschaltung
1.1.2. Bipolar: Emitter-, Basis-, Kollektorschaltung
1.2. Verstärkerschaltungen
1.2.1. Differenzverstärker
1.2.2. Miller-Kapazität
1.2.3. Kaskodenschaltung, gefaltete Kaskode
1.3. Ausgangsstufen
1.3.1. Sourcefolger, Emitterfolger
1.3.2. Gegentaktendstufen in Source-/Emitter- und Drain/Kollektorschaltung.
1.4. Biasschaltungen
1.4.1. Stromquellen
1.4.2. Self-Biasing

2. Operationsverstärkertechnik
2.1. Aufbau
2.1.1. Eingangsstufe, Verstärkerstufe, Ausgangsstufe
2.2. Frequenzgang
2.2.1. Kompensation des Frequenzgangs
2.2.2. Unity-Gain-Bandbreite
2.2.3. Bode-Diagramm: Amplitudengang und Phasengang
2.2.4. Stabilität: Amplituden- und Phasenrand
2.3. Rauschverhalten
2.3.1. Eingangsbezogene(r) Rauschstrom/ Rauschspannung
2.4. Großsignalverhalten (Linearität)
2.4.1. Slew-Rate
2.4.2. Harmonische Verzerrungen
2.4.3. Klirrfaktor
2.5. Äußere Beschaltung eines OP
2.5.1. Gegenkopplung, Mitkopplung 2.5.2. Stabilität bei Rückkopplung, Kapazität am Ausgang

3. Schaltungen im Strommodus
3.1. Transkonduktanzverstärker
3.2. Stromadditition- und Subtraktion mit Stromspiegeln

4. Anwendungsbeispiele
4.1. Aktive Filter (z.B. für die Mobilkommunikation)
4.1.1. Zeitkontinuierliche Filter: RC und Gm-C-Technik
4.1.2. Zeitdiskrete Filter: Switched-Capacitor-Technik
4.2. Schnelle A/D-Wandler (z.B. für die optische Datenübertragung)
4.2.1. Delta-Sigma-Wandler
4.2.2. Parallelisierte SAR-Wandler
4.3. Sensorauswertung (Beschleunigung, Drehrate, .)
4.3.1. Eingangsstufe für kapazitive Sensoren