1ausgewählte themen des analogen schaltungsentwurfs statistische physik - mikrozustand...
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1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Statistische Physik - Mikrozustand
EPotentialenergie
Teilchen
Energiezustand
E, N
Mikrozustand
Mittlere Anzahl der Teilchen
Makrozustand
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2 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Statistische Physik - Makrozustand
EPotentialenergie
Makrogröße - T
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3 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Statistische Physik
EPotentialenergie
T1 T2
kTE ~
Mittlere Energie
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4 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Statistische Physik
EPotentialenergie
T1 T2
kTE ~
Mittlere Energie
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5 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Statistische Physik
EPotentialenergie
T1 T1
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6 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Statistische Physik
EPotentialenergie
Makrozustand mit vielen Realisierungsmöglichkeiten (Entropie)
T1 T1
Anzahl der Teilchen
Energieverteilung mit wenigen…
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7 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Statistische Physik
EPotentialenergie
kTEi
ienn /0
TemperaturBoltzmannsche Konstante
Konstante
CmVkT 19106.126 Bei Zimmertemperatur
Aufgabe 1, E, N
Energieverteilung mit meisten Mikrozuständen
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8 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Statistische Physik
EPotentialenergie
T1 T2 T1 T2 TM TM
Wärmetransfer
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9 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Klassisch
EPotentialenergie
KM
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10 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Quantenmechanisch – Bose-Einstein und Fermi-Dirac
EPotentialenergie
FDBA
Ef, T
Besetzungswahrscheinlichkeit
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11 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Fermi-Energie
EPotentialenergie
FDFD
Ef2, T
Ef1, T
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12 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Diffusion
TeilchentransferEf1 Ef2 EfM EfM
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13 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Halbleiter
Ef2, T
E
Elektron in Bewegung
Bandlücke
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14 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Teilchendichte
p = Na
n = ? n = ni
p = ni
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15 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Teilchendichte
p = Na
p = ?
n = Nd
n = ?
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16 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Ströme
p = Na
n = Nd
ExneI nndrift )(
dx
dVxneI nndrift )(
dx
xdneDI nndiff
)(
TV
xV
deNxn)(
)(
dx
dVxn
V
DeI
T
nndiff )(
pdiffI
pdriftI
ndiffI
ndriftI
ndriftndiff II
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17 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Ströme
ExneI nndrift )(
T
f
T V
xV
V
xV
d eeNxn)()(
)(
dx
dV
dx
dVxn
V
DeI f
T
nndiff )(
n = NdndiffI
ndriftI
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18 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Ströme
ExneI nndrift )(
T
f
T V
xV
V
xV
d eeNxn)()(
)(
0)(xnV
DeI
T
nndiff
n = NdndiffI
ndriftI
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19 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Kondensator
V
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20 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Kondensator
V
''
CdV
dQ
tC Si
'
aetNQ '
tC
dV
dteN
dV
dQ Sia
'
'
a
Si
eN
dVtdt
a
Si
eN
Vt
2
'Q
V t
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21 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Kondensator
V
'C
V
tC Si
'
a
Si
eN
Vt
2
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22 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Kondensator
V
'C
V
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23 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Kondensator
V
'C
V
TV
V
a
i eN
nn
2
aNn 10~
)0ln()ln(2 1Ti
aT V
n
NVV
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24 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Kondensator
V
'C
V
T
s
T V
V
V
V
a
i eeN
nn
2
aNn 10~
sTi
aT VV
n
NVV )0ln()ln(2 1
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25 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Kondensator
V
'C
V
a
Si
eNt 02
)10ln()ln(2~0 Ti
aT V
n
NV
00
'
2
ox
Siath C
eNV
'oxC
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26 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Kondensator
V
'C
V
a
Si
eNt 02
)10ln()ln(2~0 Ti
aT V
n
NV
00
'
2
ox
Siath C
eNV
'oxC
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27 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
DEPFET
V
'C
V
a
Si
eNt 02
)10ln()ln(2~0 Ti
aT V
n
NV
0'
'
'
2
ox
ig
ox
Siath C
Q
C
eNV
igSi
ig lQ
~1
010
'
'
'
)(2
ox
ig
ox
Siath C
Q
C
eNV
'
'
'
'
'
'
ox
ig
b
ig
ox
b
ig
th
C
Q
C
Q
C
C
dQ
dV
igligQ
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28 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang
Leitungsband
Valenzband
Elektronen Löcher
Valenzelektronen + Donator-IoneValenzelektronen + Anzeptor-Ione
N Silizium P Silizium
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29 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang - Verarmungszone
Leitungsband
Valenzband
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30 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang - Verarmungszone
Leitungsband
Valenzband
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31 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang - Verarmungszone
Leitungsband
Valenzband
![Page 32: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/32.jpg)
32 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang - Verarmungszone
Leitungsband
Valenzband
![Page 33: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/33.jpg)
33 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang - Kontaktpotential
Leitungsband
Valenzband
![Page 34: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/34.jpg)
34 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang - Gleichgewicht
Leitungsband
Valenzband
Drift
Generation
Diffusion
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35 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang – Polung in Durchlassrichtung
Leitungsband
Valenzband
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36 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang – Polung in Durchlassrichtung
Leitungsband
Valenzband
![Page 37: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/37.jpg)
37 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang – Polung in Durchlassrichtung
Leitungsband
Valenzband
![Page 38: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/38.jpg)
38 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang – Polung in Durchlassrichtung
Leitungsband
Valenzband
Diffusion
Rekombination
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39 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang – Polung in Durchlassrichtung
Leitungsband
Valenzband
Diffusion
Rekombination
n=?
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40 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang – Polung in Durchlassrichtung
Leitungsband
Valenzband
Diffusion
Rekombination
a
i
N
nn
2
TV
V
a
i eN
nn
2
)1(2
TV
V
a
in eN
n
L
eDI
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41 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang
Leitungsband
Valenzband
Drift
Generation
Diffusion
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42 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang – Polung in Sperrrichtung
Leitungsband
Valenzband
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43 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang – Polung in Sperrrichtung
Leitungsband
Valenzband
![Page 44: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/44.jpg)
44 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang – Polung in Sperrrichtung
Leitungsband
Valenzband
![Page 45: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/45.jpg)
45 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
PN Übergang – Polung in Sperrrichtung
Leitungsband
Valenzband
Drift
Generation
n=?
![Page 46: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/46.jpg)
46 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Transistor
N N
pn
verarmt
Leitungsband
Valenzband
Löcher
Elektronen
Gate
Source Drain
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47 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Transistor – Gate Spannung
pn
Leitungsband
Valenzband
Elektronen
N NN N- q
q
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48 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Transistor
pn
Leitungsband
Valenzband
Elektronen
N NN N- q
q
![Page 49: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/49.jpg)
49 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Transistor - Inversion
pn
Leitungsband
Valenzband
Elektronen
N NN N- q0
q0
0 ψ0 ~ 0.85 V
n
ψ
ψ0
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50 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
MOS Transistor
pn
Leitungsband
Valenzband
Elektronen
N NN N- q0
q0
0 ψ0 ~ 0.85 V
n
ψ
ψ0
![Page 51: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/51.jpg)
51 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Gate Spannung - Kanal
N NN Nψ0
VG=VT+ΔV
- Δq
- q0
q0+ΔqVG=VT+ΔV
pn
Leitungsband
Valenzband
Elektronen
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52 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Gate Spannung - Kanalladung
N NN Nψ0
VG=VT+ΔV
- Δq
- q0
q0+ΔqVG=VT+ΔV
pn
Leitungsband
Valenzband)('
TGox VVCQ
Q‘ ( q/cm2)
Ladung pro Fläche
Oxydkapazität pro Fläche
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53 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Gate Spannung – Drain/Source Bias
N NN NΨ0+V
)*(' VVVCQ TGox
Q‘ ( q/cm2)
Ladung pro Fläche
Oxydkapazität pro Fläche
- Δq
- q0
q0+ΔqVs Vs
VG=VT+ΔV
VG=VT+ΔV
Vs
pn
Leitungsband
Valenzband
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54 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Gate Spannung – Drain/Source Bias
N NN NΨ0+V
)*(0 TGox VVC
Q‘ ( q/cm2)
Ladung pro Fläche
Oxydkapazität pro Fläche
0
- q0
q0+0ΔV ΔV
VG=VT+ΔV
VG=VT+ΔV
ΔV
VT
pn
Leitungsband
Valenzband
![Page 55: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/55.jpg)
55 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Drain Spannung - Strom
N NN N
VG Vds
![Page 56: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/56.jpg)
56 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Drain Spannung - Strom
N NN N
VG Vds
dsTGoxnds
nn VVVCL
W
L
VWQESqI )('
Querschnitt
LadungsdichteMobilität
E-Feld
Breite/Lange des Gates
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57 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Drain Spannung - Strom
N NN N
VG Vds
![Page 58: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/58.jpg)
58 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Drain Spannung - Strom
N NN N
VG Vds
eVds
Vds
I
dsTGoxn VVVCL
WI )(
![Page 59: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/59.jpg)
59 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Drain Spannung - Stromsättigung
N NN N
VG Vds
eVDB
VdsVdssat=Vgs-VT
Ilim
IsatI
2lim )( TGoxn VVC
L
WI
2)(2
1TGoxnsat VVC
L
WI
VT
Pinch off
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60 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Drain Spannung - Stromsättigung
N NN N
VG Vds
I
Vds
![Page 61: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/61.jpg)
61 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Drain Spannung - Stromsättigung
N NN N
VG Vds
I
Vds
![Page 62: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/62.jpg)
62 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Drain Spannung - Stromsättigung
N NN N
VG Vds
I
Vds
![Page 63: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/63.jpg)
63 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Stromsättigung
N NN N
VG Vds
I
Vds
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64 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Widerstand
Größere Spannung
Keine Spannung
Noch größere Spannung
F
I
Elektrostatische Wechselwirkung
I=0
Viskose Reibung. Konstante Kraft bewirkt den konstanten
Strom
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65 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Widerstand (2)
Spannung
Keine Spannung
U
F
I
I=0
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66 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Kondensator und Spule
dt
tduCti
)()(
dt
tdiLtu
)()(
+
+
U U
Analogie zu Kondensator Kleinere Spannung Größere Spannung
I -I
![Page 67: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/67.jpg)
67 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Spule
KgKg KgKg
Kg Kg KgKg
F I ≈ 0, t = 0
Kg Kg KgKg
I>>0, Später
Keine Spannung
I=0
Trägheit statt ReibungBei konstanter Kraft steigt der Strom gleichmäßig
![Page 68: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/68.jpg)
68 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker
Vout
Vin
niedriges Potential
hohes Potential
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69 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker
Vout
Vin
Arbeitspunkt
Arbeitspunkt
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70 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker
Vout
Vin
hohes Potential
niedriges Potential
![Page 71: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/71.jpg)
71 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Kleinsignalparameter
TgsdsTGoxnsat VVVVVCL
WI ,)(
2
1 2
G
VG
satsat V
V
II
G
0
m
VG
sat gV
I
G
0
VG0
ΔVG
ΔVG
gm ΔVGKleinsignalschaltung
Nicht-lineare Schaltung
![Page 72: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/72.jpg)
72 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker - gm
Vout
Vin
![Page 73: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/73.jpg)
73 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker - Linearität
Vout
Vin
![Page 74: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/74.jpg)
74 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker - Linearität
Vout
Vin
![Page 75: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/75.jpg)
75 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker - Linearität
Vout
Vin
![Page 76: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/76.jpg)
76 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker - Linearität
Vout
Vin
![Page 77: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/77.jpg)
77 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker - Linearität
Vout
Vin
![Page 78: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/78.jpg)
78 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker - Linearität
Vout
Vin
![Page 79: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/79.jpg)
79 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker - Linearität
Vout
Vin
![Page 80: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/80.jpg)
80 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker - Linearität
Vout
Vin
Signalbereich
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81 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker - Stabilisierung
Vout
Vin
![Page 82: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/82.jpg)
82 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker - Stabilisierung
Vout
Vin
![Page 83: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/83.jpg)
83 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker - Stabilisierung
Vout
Vin
![Page 84: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/84.jpg)
84 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker – Stabilisierung mit Rückkopplung
Vout
Vin
![Page 85: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/85.jpg)
85 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker – Stabilisierung mit Rückkopplung
Vout
Vin
![Page 86: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/86.jpg)
86 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker – Stabilisierung mit Rückkopplung
Vout
Vin
![Page 87: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/87.jpg)
87 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker – Stabilisierung mit Rückkopplung
Vout
Vin
![Page 88: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/88.jpg)
88 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker – Stabilisierung mit Rückkopplung
Vout
Vin
![Page 89: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/89.jpg)
89 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker – Stabilisierung mit Rückkopplung
Vout
Vin
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90 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärkung mit Rückkopplung
Vout
Vin
Δ=0
![Page 91: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/91.jpg)
91 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärkung mit Rückkopplung
Vout
Vin
![Page 92: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/92.jpg)
92 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärkung mit Rückkopplung
Vout
Vin
![Page 93: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/93.jpg)
93 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärkung mit Rückkopplung
Vout
Vin
![Page 94: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/94.jpg)
94 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärkung mit Rückkopplung
Vout
Vin
Δ=0
![Page 95: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/95.jpg)
95 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
AC Verstärkung
Vout
Vin
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96 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
AC Verstärkung
Vout
Vin
![Page 97: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/97.jpg)
97 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
AC Verstärkung
Vout
Vin
![Page 98: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/98.jpg)
98 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
AC Verstärkung
Vout
Vin
![Page 99: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/99.jpg)
99 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
AC Verstärkung
Vout
Vin
![Page 100: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/100.jpg)
100 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
AC Verstärkung
Vout
Vin
![Page 101: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/101.jpg)
101 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
AC Verstärkung
Vout
Vin
![Page 102: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/102.jpg)
102 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Rückkopplung
Rückkopplung – ein wichtiges Prozess in der Natur- Ein Teil des Ausgangssignals wird benutzt um das Eingangssignal zu
beeinflussen.- Regelung des Systems – negative Rückkopplung
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103 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Rückkopplung (2)
Rückkopplung in Elektronik Vorteile
- Arbeitspunkt des Verstärkers mit Rückkopplung ist unempfindlich für Änderung des Prozessparameter und Temperatur
- Bandbreite ist höher- Linearität besser- Eingangs- und Ausgangsimpedanzen können angepasst werden.
Nachteile- Verstärkung wird kleiner- Gefahr vor Schwingungen- Millereffekt
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104 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Einige Größen…
A
β
+Xs Xi Xo
A
β
+Xs Xi XoXi*
io AXX * soi XXX
soo AXAXX
A
AXX s
o 1
ii XX *
A
AA OLF
1
Closed-loop Gain (Gegenkoppelte Verstärkung)
Open-loop Gain (Lerlaufverstärkung)
Loop Gain – Return ratio (Schleifenverstärkung)
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105 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Negative und positive Rückkopplung
OLF AA
OLF AA
Negative Rückkopplung
Positive Rückkopplung
A
AA OLF
1
Wenn AOL und βA Realzahlen sind, negative Rückkopplung bedeutet:
0A
ATT
AA OLF
;1
Wir definieren die negative Schleifenverstärkung T
![Page 106: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/106.jpg)
106 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Messungen“ von AOL und T
A
β
+Xi XoXi*
A
β
+Xs Xi XoXi*
Test
T
AA OLF
1
s
oOL X
XA
i
i
X
XT
*
V VT
Leerlaufverstärkung Schleifenverstärkung
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107 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Empfindlichkeit von AF
A
AAF
1
TA
A
AF
F
1
11
T
TAF
1
1
TA
1
lim F
TA
A (Leerlaufverstärkung) ist groß, aber stark Prozessabhängig. Rückkopplung wird normalerweise mit R und C aufgebaut
Wir rechnen die Empfindlichkeit von der rückgekoppelten Verstärkung auf die Änderung von A
![Page 108: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/108.jpg)
108 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Rückkopplung und Linearität
Xi Xo
Xo
Xi
...2 iio BXAXX
A
B
)cos( 0t )cos( 0tA
)2cos( 0tB
+A
BHD
Ein Verstärker mit schlechter Linearität
Seine Verstärkung ist eine MacLaurinsche Reihe
Rot - Grundfrequenz
Blau – Die Oberwelle
Harmonic Distortion
(harmonische Verzerrung)
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109 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Nichtlinearer Verstärker mit Rückkopplung
A
B
+
β
+
Die Rückkopplung verursacht auch die höheren Oberwellen, wir begrenzen unsere Analyse nur auf die erste
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110 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Grundfrequenz
A
+
β
+
so XT
AX
1
)cos(1 0tT
AX o
)cos( 0tX s
)cos(1
10tT
X i
Xs
Xo
AT
Xi
![Page 111: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/111.jpg)
111 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Oberwelle
A
B
+
β
+
Xs
Xo
)cos(1
10tT
)2cos(1 0tT
BX S
soo XAXX
T
XX s
o 1
)2cos()1( 02
tT
BX o
)2cos()1(
)cos(1 020 t
T
Bt
T
AX oges
TA
BHD
1
1
A
BHD Ohne RK war
Quelle für die Oberwelle
Eingang für die Quelle, Ergebnis von der letzten Folie
Mit RK
Xi
![Page 112: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/112.jpg)
112 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Analyse von Schaltungen mit einer Schleife
PassivesNetzwerk
PassivesNetzwerk
Feedback
Xs
Xi Xi* Xo
FB
Xs Xi Xo
Xi*
Verstärker, leitet die Signalen nur in eine Richtung
Rückkopplung mit passiven Bauteilen, leitet die Signalen nur in beide Richtungen
Masse
Vereinfachtes Bild
![Page 113: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/113.jpg)
113 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Analyse von Schaltungen mit einer Schleife
Xs Xi XoXi*
Xs Xi XoXi*iso XtXtX *
1211
V 0
11*
iXs
o
X
Xt
0
*12
sXi
o
X
Xt
Feedforward(Vorwärtsregelung)
Aktive Verstärkung
Aktive Verstärkung
Feedforward (Dead System Gain)
![Page 114: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/114.jpg)
114 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Analyse von Schaltungen mit einer Schleife
Xs Xi XoXi*
Xs Xi XoXi*
osi XtXtX 2221 V
0
21
oXs
i
X
Xt
0
22
sXo
i
X
Xt
Signaldämpfung Rückkopplung
Signaldämpfung im Eingangsnetz
Rückkopplung
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115 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Analyse von Schaltungen mit einer Schleife
osi XtXtX 2221
*1211 iso XtXtX
*ii XX
2212
211211
1 tt
ttt
X
XA
s
oF
0
21
oXs
i
X
Xt
0
22
sXo
i
X
Xt
Signaldämpfung am Eingang Rückkopplung
0
11*
iXs
o
X
Xt
0
*12
sXi
o
X
Xt
Feedforward(Vorwärtsregelung)
Aktive Verstärkung
Schleifenverstärkung
Leerlaufverstärkung
Dead system Gain
2212ttT 2112ttAOL
Schleifenverstärkung = =Aktive Verstärkung X Rückkopplung
Leerlaufverstärkung = = Aktive Verstärkung X Signaldämpfung im Eingangsnetz
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116 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Die „Messungen“
Xs Xi XoXi*
V 0
11*
iXs
o
X
Xt
0
*12
sXi
o
X
Xt
Xs Xi XoXi*
V
0
21
oXs
i
X
Xt
0
22
sXo
i
X
Xt
Signaldämpfung am Eingang Rückkopplung
Feedforward(Vorwärtsregelung) Aktive Verstärkung
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117 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Analyse von Schaltungen mit einer Schleife
Xi XoXi*
V
0
*2212
sXi
i
X
XttT
T
ttt
tt
ttt
X
XA
s
oF
11
211211
2212
211211
Leerlaufverstärkung
Feedforward Aktive Verstärkung X Signaldämpfung
Aktive Verstärkung X Rückkopplung
![Page 118: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/118.jpg)
118 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Feedback (DC)
++
UIN UOUT = A UIN
Xi Xo
Rin Rout
![Page 119: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/119.jpg)
119 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Testschaltungen für Feedbackanalyse
RKA
AAFFA
OL
OLOLF
2
21
1
AOL1 – Gain am Eingangsnetz AOL2 – aktive Verstärkung
RK FF
T - Schleifenverstärkung
Messpunkt - blau
Testquelle - rot
Kurzschluss
T
AAFFA OLOLF
121
![Page 120: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/120.jpg)
120 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Nichtinvertierender Verstärker
+
UIN
- AUIN
+RIN
ROUT
+
-
OUT
OUT
R1
R2
Xs +
Xo+
XoXs Xi
Xi
![Page 121: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/121.jpg)
121 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Nichtinvertierender Verstärker (Verstärkung)
+
UIN
- AUIN
+
RIN = ∞ROUT = 0
+
-
OUT
OUT
R1
R2
Xs +
Xo+
XoXs Xi
Xi
![Page 122: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/122.jpg)
122 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Signaldämpfung im Eingangsnetz
+
-
OUT
OUT
R1
R2
Xs +
Xo+
Xi Xi*
11 OLA
0
1
oXs
iOL X
XA
+
UIN
- AUIN
+
RIN = ∞ROUT = 0
![Page 123: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/123.jpg)
123 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Direkte (aktive) Verstärkung
+
-
OUT
OUT
R1
R2
Xs +
Xo+
Xi Xi*
+
- AXi*+
AAOL 2
0
*2
sXi
oOL
X
XA
Xi*
![Page 124: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/124.jpg)
124 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Schleifenverstärkung
+
-
OUT
OUT
R1
R2
Xs +
Xo+
Xi Xi*
+
- AXi*+
Xi*
21
1
RR
RAT
0
*
sXi
i
X
XT
![Page 125: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/125.jpg)
125 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Dead System Gain (FF)
+
UIN
- AUIN
+
+
-
OUT
OUT
R1
R2
Xs +
Xo+
Xi Xi*
XoXs
0*
iXs
o
X
XFF
0FF
![Page 126: 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Statistische Physik - Mikrozustand EPotentialenergie Teilchen Energiezustand E, N Mikrozustand Mittlere](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081602/55204d6749795902118bc584/html5/thumbnails/126.jpg)
126 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärkung mit RK
1
21
21
1
21
11 R
RR
RRR
A
A
T
AAFF
X
XA OLOL
S
OF
+
-OUT
R1
R2
Xs +
Xo+