Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Как показываютрасчеты, для схемы с обратной связью выходной импеданс навысоких частотах записываете.я в следующем виде[37]:(8.8)гдеL0=R0 /(21tfгp)-выходная индуктивность схемы,f гр -граничная частота, при которой коэффициент усиления по напряжению равен единице (К=1).Источник напряжения должениметь очень низкий динамический выходной импеданс, чтобывыходное напряжение мало изменялось при изменении выходного тока.
Необходимо также стремиться к тому, чтобы у источников или стабилизаторов напряжения выходное напряжениекак можно меньше зависело от напряжения источника питания.Для реализации последнего требования используют схемы с применением стабилизаторов.8.2.3.Источники опорного напряжения с термостабилизацией.Температурныйкоэффициентвыходногонапряжения(ТКН==dUвыxfdT) являете.я в практическом отношении наиболее важнойхарактеристикой источника опорного напряжения. Поскольку всеэлектронные компоненты ИС, используемые в схемах опорного напряжения, имеют различные ТКИ, основные элементы ИС подбираются так, чтобы имела место их взаимная в:омпенсация, при которой результирующий ТКН стремите.я к нулю при заданной температуре.Схема на рис.8.6,гдетранзисторы VТ1'VТ 2 ,VТ 3находятся в диодном включении, обладает взаимной компенсацией ТКИ различных компонентов.
Ток от источника тока I 0 вызывает обратное смещение транзистора VT 1 , который в этом случае работает как стабилизатор. Падение напряжения нано напряжению пробоя перехода эмиттер-VT 1 равбаза. В результатеГлава В. Аналоговые интегральные схемыимеем равенство напряжений ие=237=И эв проб' которые обычно составляют6 ... 7 В(см. гл.7 -диодноевключение БТ ИС). При этом выходноенапряжениеопределяетсяследующим выражениемИо= И"ых ==(Иэ2R2+ ИкзR1)/(R1 + R2)·(8.9)Напряжения на эмиттере транVT 2 и на коллекторе транVT 3 равны соответственноИэ2 = Ие - Ивэ4 - Ивэ2 и Икз = Ивэз·зисторазистораvт,Токи, текущие через транзисторыVT 4 , VT 3одинаковы,иVT 2,практическипосколькуэтитранРис.зисторы являются интегральнымииимеютидентичную1Ио=Ивых8.6конструк-цию.
Поэтому для этих трех транзисторов падения напряженияИвэ и соответствующиеTRHdИвэ/dТ будут почти одинаковыми. В результате, если положить Ивэ=Икэ• то выходное напряжение можно записать в виде(8.10)Если не учитывать температурную зависимость резисторов, то,исходя из выраженияTRH = dИвых/dТ =Из формулы(8.10),получим для выходного напряженияR 2 (dU 0 /dT) -(8.11)(dИв 3 /dT)(2R 2 -R1+ R2R 1)•(8.11)следует,что подбором отношения сопроR1R2R 1 / R 2 можно полунулевой TRH (если числитивленийчить-Ioтель дроби приравнять нулю).Для повышения опорного напряжения, а также для изоляцииисточника этогонапряженияопорногонапряженияотнагрузки в соответствующей схеИопме используют усилитель с обратной связью (рис.8.
7).В этой схе-Рис.8.71Ио=Ивых1Раздел2382.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫме часть выходного напряжения, полученного делением в отношенииR 2 /(R 1+ R 2 ),подается обратно на инвертирующий входусилителя. В усилителе это напряжение сравнивается с опорнымнапряжением, подаваемым на неинвертирующий вход. Из-за наличия обратной связи усилитель работает так, чтобы Ивых удовлетворяло соотношению(8.12)Отсюда следует, что подбором отношенияR 1 /R 2 можно увеличивать Ивых до нужных значений, удовлетворяющих условиям реализации схемы, при этом(8.13)При выводе формулыпротивленийR 1 /R 2(8.13)полагалось, что отношение соне зависит от температуры.Кроме рассмотренных схем термостабилизированных источников опорного напряжения,существует ряд схем, в которыхопределяющую роль играет температурная зависимость ширины запрещенной зоны полупроводника.8.3.
Дифференциальные усилителиДифференциальные усилители (ДУ) широко применяются в аналоговых ИС различного типа: операционных усилителях (ОУ),:компараторах и стабилизаторах напряжения, видеоусилителях,балансных модуляторах и демодуляторах. Кроме того, на основе ДУ построено большинство элементов цифровой эмиттерносвязанной логики (ЭСЛ). Дифференциальный усилитель является входным :каскадом ОУ и других ИС, поэтому он определяетбольшинство важнейших рабочих характеристик ИС: напряжение смещения, входной ток смещения, входной ток сдвига, входное сопротивление, коэффициент ослабления синфазного сигнала, диапазон рабочих частот.Существуют схемы ДУ на ВТ, МОП -транзисторах .и ПТУП,составных транзисторах, а также схемы с активной нагрузкой иряд других.8.3.1.
ДУ на биполярных транзисторах.При работе ДУ большое значение имеет одинаковость параметров элементов симметричной схемы. Базовая схема состоит толькоиз двух транзисторов с соединяемыми эмиттерами, к которым под-Глава8.239Аналоговые интегральные схемыключен идеальный источник тока,при этом на базы подается входнойсигнал, а между коллекторами снимается выходной (рис.браженный на рис.8.8). ДУ, изо8.8, состоит издвух симметричных схемных цепей,каждая из которых содержит транзистор и резистор. Помимо указанных симметричных цепей, в общейэмиттерной цепи имеется источниктока10 •Входным сигналом Ивх является разность базовых потенциалов Ивх=Ив 1 - Ивz• а выходным на-пряжением-разностьных потенциалов Ивых=Рис.8.8коллектор-ИIC1 - Икz· В ДУ оба транзистора работаютв активном режиме.
Источник тока10рабочей точки транзисторов, т. е. токовобеспечивает стабильность1gи напряжений и&.При идеальной симметрии цепей ДУ в отсутствие входногосигнала выходное напряжение равно нулю,торные потенциалы и токи транзисторовпоскольку коллекVT 1иVT 2одинаковыиз-за симметрии цепей. Такая ситуация будет сохраняться прилюбом одинаковом изменении токов в обеих ветвях усилителя:,т. е. в идеальном ДУ дрейф выходного напряжения отсутствует,несмотря на возможный :значительный дрейф в каждом из плечей ДУ.
Таким образом усилитель будет устойчив на всех частотах независимо от температуры. Любые изменения коэффициента передачи или токов утечки в усилительной цепи транзистораVT 1компенсируются такими же изменениями в усилительном:канале транзистораVT 2 •Если на базы транзисторовVT 1сигналы (синфазные снrналы), тоиVT 2Ивых =подаются одинаковыеО, поскольку в обоихтранзисторах произойдут одинаковые изменения параметров иразность Ивых =Ию- Ик 2 =О.Если же на базы подавать сигналы одинаковые по амплитуде, но противоположные по фазе (или по знаку), так называемыеднфференцнальные снrналы, то их разность ЛИв 1 - ЛИв 2 и будет входным сигналом Ивх· В силу симметрии цепей VТ 1 иVT 2сигнал Ив~ поделится поровну между обоими эмиттерными переходами. На одном из них потенциал увеличится на О,5Ивх• аРаздел2402.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫна другом уменьшится на О,5Uвх· В результате на выходе возникнет напряжение, поскольку приращения коллекторных потенциалов Ию и Ик 2 будут одинаковыми по величине, но противоположными по знаку.
Таким образом, идеальный ДУ реагирует только на разностный (дифференциальный) сигнал; приэтом потенциал эмиттеров остается неизменным,поэтому прианализе ДУ его считают заданным, а ток генератораянным(R; _,.I0-постооо). В реальных условиях источник тока имеет небесконечное внутреннее сопротивлениеR;,в результате возникшее приращение потенциала эмиттера ли э вызывает изменение эмиттерного тока на величину Л/ 0 =Ли 3 /R; (приооR; _,.приращение Л/0 _,. О).
Это изменение тока Л/0 делится междуцепями транзисторовVT 1иVT 2и вызывает приращение коллекторных потенциалов Лию и Лик 2 • В случае идентичностицепей ЛИ ю = ли к 2 и на выходе ДУ имеется только синфазнаясоставляющая. В противном случае лию,,,,_ лик 2 и на выходеДУ наряду с синфазной составляющей пощштся паразитнаядифференциальная составляющая. Симметрия, т. е. идентичность цепейVT 1 и VT 2 ДУ,легче всего достигается в ИС. Однакодаже если оба транзистора выполнены на одном кристалле, онине будут абсолютно одинаковыми, поэтому даже в отсутствиевходного сигнала на выходе будет присутствовать некоторое напряжение, которое обычно называют напряжением смещенияИсм; оно определяется формулой исмI=ч>тln(/ 01 /1 02 ), где1 01исоответственно тепловые токи эмиттерных переходов пер02 -вого и второго транзисторов.Передаточная характеристика. Рассмотрим передаточную ивходную статические характеристики ДУ. Передаточная характеристика, представляющая собой зависимость выходных токовI1=IюиI2= I к2от входного напряжения ивх с учетом сме-щения исм' т.
е. от величины и~хрис.8.9.ивх - исм' представлена на=Из этой характеристики видно, что ДУ является нелинейным устройством. Однако в ограниченных областях передаточной характеристикиI1= f(U вх)илиI 2 = f(U вх)зависимостьмежду токами и входным напряжением можно считать примернолинейной (область от ивх= -30 мВ доИвх= 30 мВ на рис. 8.9).Таким образом, для малых сигналов ДУ является линейным устрой-Глава8. Аналоговые интегральные схемыРис.2418.9ством. Входная характеристика ЛJвх = f(Uвx> совпадает по формес передаточной.Рассмотрим некоторые нз параметров ДУ.
Главным параметромДУ является коэффициент усиления (К). Поскольку потенциалэмиттеров при подаче дифференциального сигнала остается неизменным, а для переменных составляющих он вообще равеннулю, то коэффициент усиления ДУ равен :коэффициенту усиления каждого плеча, ибо каждое плечо усиливает сигнал величиной 0,5Uвх•Коэффициент .усиления по напряжению определяется какотношение выходного и входного сигналов, т. е.
К= ИвыхlИвх·Выходным сигналом ДУ являете.я переменна.я составляющаянапряжения коллектора, которая равна И квходным-потенциал базы Ивх=Iэ(rэ=+ (1 -И вых= -aJэRк,а)(Rг+аrв)), гдеrэ -дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода,Rгвнутреннее сопротивление источника сигнала, rв-емное сопротивление базы (см. гл.-объ4).В результате выражение для :коэффициента усиления примет вид(8.14)В случае низкоомных источников сигнала и небольших рабочих токов вторым слагаемым в знаменателе выражения(8.14)можно пренебречь, тогда(8.15)Раздел2422.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫВходное сопротивление ДУ определяется отдельно для дифференциальной и синфазной составляющих.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
