Лабораторная работа «Компаратор и его характеристики»
Выполнил Пономарёв А.С., студент каф. ТКС гр. ИКТ-41
Цель работы: Исследование схемы компаратора и его характеристик. Исследование метода компенсации смещения нуля.
Задание:
1. Ввести схему компаратора, задать параметры транзисторов.
2. Провести моделирование схемы в режиме Transient, получить выходные характеристики.
3. Определить задержку и порог срабатывания компаратора для всех исследуемых случаев.
4. Загрузить результаты выполнения лабораторной работы, оформленные в виде отчета, на canvas
Ход работы
Таблица 1 - Данные для расчётов по варианту
|
11 |
10 |
12 |
1 |
Рисунок 1 - Электрическая схема компаратора по варианту
1. Без рассогласования транзисторов по варианту
Рисунок 2 - Схема для моделирования и нахождения задержки срабатывания
Рисунок 3 - Дифференциальный сигнал на выходе первого каскада
Рисунок 4 - Дифференциальный сигнал на выходе второго каскада
Рисунок 5 - Дифференциальный сигнал на выходе третьего каскада
Рисунок 6 - Полная временная диаграмма работы компаратора
1.1 Измерение задержки срабатывания
Задержка измеряется по срезу Р2:
Рисунок 7 - Нахождение задержки при inn > inp
Задержка при inn > inp равна 306,68 нс
Рисунок 8 - Нахождение задержки при INP>INN
Задержка при inp>inn составила 6,05 нс
1.2 Определение порогов срабатывания
Порог измеряется по фронту Р1
Рисунок 9 - Схема для моделирования и нахождения порога срабатывания
Рисунок 10 - Полная временная диаграмма для измерения порога (p значения напряжений INN, INP, OUT, P1)
Рисунок 11 - Нахождение порога при переходе из 0 В в 3 В
Порог срабатывания равен: |INN - INP| = |2,501 - 2,499| = 0,002 В
Рисунок 12 - Нахождение порога при переходе из 3 В в 0 В
Порог срабатывания равен: |INN - INP| = |2,5 - 2,5| = 0 В
Рисунок 13 -Более точное нахождение порога из 3В в 0В с помощью Delta Cursor
Порог срабатывания равен: 24.41 мкВ
транзистор сигнал компаратор
2. С рассогласованием транзисторов по варианту
?Wa - рассогласование входных транзисторов предусилителя (WM1 = Wa; WM24 = Wa + ?Wa);
Рисунок 14 - Рассогласование входных транзисторов предусилителя с рассогласованием по варианту
Рисунок 15 - Дифференциальный сигнал на выходе первого каскада с учётом рассогласования по варианту
Рисунок 16 - Дифференциальный сигнал на выходе второго каскада с учётом рассогласования по варианту
Рисунок 17 - Дифференциальный сигнал на выходе третьего каскада с учётом рассогласования по варианту
Рисунок 18 - Полная временная диаграмма работы компаратора с учётом рассогласования по варианту
2.1 Измерение задержки срабатывания с учётом рассогласования
Рисунок 19 - Нахождение задержки при inn > inp с учётом рассогласования по варианту
Задержка при inn > inp равна 319,67 нс
Рисунок 20 - Нахождение задержки при inp > inn с учётом рассогласования по варианту
Задержка при inp > inn равна 315,394нс
2.2 Определение порогов срабатывания с учётом рассогласования
Рисунок 21 - Полная временная диаграмма для измерения порога с учётом рассогласования по варианту (значения напряжений INN, INP, OUT, P1)
Рисунок 22 - Нахождение порога при переходе из 0 В в 3 В с учётом рассогласования по варианту
Порог срабатывания равен: |INN - INP| = |2,498 - 2,502| = 0,003 В
Рисунок 23 - Нахождение порога при переходе из 3 В в 0 В с учётом рассогласования по варианту
Порог срабатывания равен : |INN - INP| = |2,497 - 2,503| = 0,006 В
Вывод:
В данной работе была собрана электрическая схема компаратора с параметрами ширин транзисторов 3-х каскадов по варианту и было проведено её временное моделирование для получения порога срабатывания, и задержек срабатывания. По полученным графикам были определенны задержки переключения выходных значений при переключении тактовых сигналов на входе, также на время задержки влияют входные сигналы inn и inp (inp>inn или inn>inp). Ещё по графикам был определен порог переключения схемы из 0 В в 3 В и наоборот, которой определялся разностью входных сигналов inp и inn.
Также можно заметить, что при добавлении рассогласования ширин транзисторов влияет на форму выходного сигнала схемы и увеличивает задержки при смене (см.рисунок 19,20), и увеличивается порог срабатывания(см.рисунок 22,23), можно сделать вывод, что рассогласования очень сильно влияют на работу схемы и её дальнейшее использование.