Hochschule Kempten      
Fakultät Elektrotechnik      
Schaltungstechnik       Fachgebiet Elektronik, Prof. Vollrath      

Schaltungstechnik

18 Anwendungen

Prof. Dr. Jörg Vollrath


17 Schaltregler


Video der 18. Vorlesung 1.6.2021


Länge: 1:22:04
0:1:22 Continous conduction mode CCM

0:2:25 Discontinuos conduction mode DCM

0:12:13 Duty cycle und Ausgnagsspannung für DCM

0:14:25 Beispiel:Simulation und Rechnung

0:16:55 Gegebene Werte und Minimalstrom

0:19:55 Duty cycle, Welligkeit dUa

0:21:55 33 mA da dies die maximale Stromänderung ist

0:24:25 Vergleich mit der Simulation

0:26:55 Welligkeit 3 mV

0:27:55 Strommittelwert links click label

0:29:35 Wirkungsgrad 93%

0:33:25 Simulation LT3570

0:35:55 Leistungsbilanz Ua * Ia = n(eta) (Ue * Ie)

0:38:55 Versuch Spannungsversorgung, Längsregler

0:42:35 Referenzspannungsquelle

0:43:25 Power efficiency

0:46:35 Dynamisches Verhalten

0:47:35 Schaltregler, Verbindungen, Jumper, Messpunkte

0:52:25 Loadregulation mit Lasttransistor

0:53:25 LISN

0:57:55 Versuchsaufbau

1:0:19 Charge pump Erläuterung Funktionsweise

1:5:42 Simulation und mehrere Stufen

1:7:45 Schaltungsaufbau und Messung

1:14:33 Differentieller Verstärker

1:16:35 Gleichung mit Spannung Vx

1:20:37 Aufgabe: EKG Schaltung

Übersicht

Schaltregler



Unit 4, 10-14

Ladungspumpe, Pelliconi Charge pump,

  • MOS Transistor als Schalter: X1, X2, X3, X4
  • Ladungsspeicher C1, C2
  • Start: Alle Knoten 0 V.
  • Phase(1): Phi1 high (VDD), Phi2 low
    • M1:off, M9:on
    • M2:on, M8:off
    • In is charging C2: VDD
    • Out is connected to C1: VDD
  • Phase(2): Phi1 low, Phi2 high (VDD)
    • M1:on, M9:off
    • M2:off, M8:on
    • In is charging C1: VDD
    • Out is connected to C2: 2 VDD
  • C1,C2: 10 uF
  • C3: 1 uF
Eine Ladungspumpe kann Spannungen erzeugen, die größer sind als die Versorgungsspannung oder negativ sind. Jede Stufe erhöht oder erniedrigt die erzeugte Spannung um eine Versorgungsspannung.
Zum Verständnis der Schaltung führt man die Simulation per Hand durch.
Bei einer Änderung der Spannung an Phi1 wird die Spannungsdifferenz an C1 entsprechend verschoben.
Achtung: Bulk der PFETs muss mit der größten Spannung verbunden sein.

Bei negativen Spannungen wird Eingang und Ausgang vertauscht und der Bulk Anschluss der NFETs mit der negativsten Spannung verbunden.

ChargeN.asc

Da im idealen Fall die Eingangsleistung gleich der Ausgangsleistung ist, wird bei erhöhter Spannung am Ausgang der Ausgangsstrom entsprechend kleiner.
Dies ist bei der Dimensionierung der Schaltung zu beachten.

Mehrere Stufen

  • Es dauert einige Zeit bis die Ausgangsspannung erreicht ist.
  • Ausgangsspannungsschwankungen
Bei n Stufen ergibt sich eine Spannung von n · VDD.

Praktische Realisierung

Ladungspumpe Spannungsverdopplung

Ladungspumpe          Ringoszillator

C = 470 nF, f = 1kHz, VDD = 4 V.
Bei der Ladungspumpe wird die Spannung ohne Last von 4 V auf 8 V verdoppelt.
Mit einer Last von 68kΩ reduziert sich die Spannung.

Takterzeugung: Ringoszillator




Vout [V] 2 3 4 5 6
f [kHz]2272100450068008900

Je höher die Spanung, desto größer die Frequenz.

Operationsverstärkerschaltungen


Eingangsbereich? Common Mode?

Unit 4, 10-14


Differenzverstärker


Spannung am Operationsverstärker Ux

\( U_x = U_{I2} \frac{R_4}{R_3 + R_4} \)

\( \frac{U_{I1} - U_x }{R_1} = \frac{ U_x - U_{o}}{R_2} \)

\( U_{I1} - U_x = \left( U_x - U_{o} \right) \frac{R_1}{R_2} \)

\( U_x \left( 1 + \frac{R_1}{R_2} \right) = U_{I1} + U_o \frac{R_1}{R_2} \)

\( U_{I2} \frac{R_4}{R_3 + R_4} \left( 1 + \frac{R_1}{R_2} \right) = U_{I1} + U_o \frac{R_1}{R_2} \)

R = R1 = R2 = R3 = R4

\( U_{I2} = U_{I1} + U_o \)

\( U_{o} = U_{I2} - U_{I1} \)

Zusammenfassung und nächste Vorlesung



Nächstes Mal