Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Для дифференциальной составляющей входное сопротивление Rвх. д равноудвоенному входному сопротивлению каждого плеча ДУ. Поскольку каждое плечо ДУ является схемой с ОЭ; то согласнопредставлению транзистора как четырехполюсника вОЭ входное сопротивление-схемеэто параметр h 11 э (см. гл.с4),поэтому(8.16)При малых токах дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода rэ много больше, чем при больших, поэтомудля увеличения Rвх. д необходимо использовать ДУ в режимемалых токов.Для синфазной составляющей входное сопротивление Rвх.
сопределяется сопротивлением Ri источника тока 10 • Тогда Rвх. сможно вычислить по формуле(8.17)Динамический диапазон-отношение минимально возможного и максимального входных сигналов. Это отношение частовыражают в децибелах. Минимальный сигнал ограничиваетсясобственными шумами, а максимальный-искажениями формы сигнала (нелинейные искажения). Приближенно можно оценить максимально допустимый сигнал, пользуясь Передаточнойхарактеристикой ДУ (см. рис.8.9)Для работы усилителя необход:Има нагрузка. В рассмотренных ДУ в качестве нагрузки выступали резисторы в коллекторных цепях. Такая нагрузка называется пассивной.
Однако нагрузка может быть и активной (динамической), когда в качественагрузки выступают транзисторы. Необходимость использования транзисторов в качестве нагрузки вызвана тем, что для получения большого коэффициента усиления следует использовать резисторы с большим номиналом. Однако использование большогосопротивления нагрузки в ИС приводит к ряду трудностей. В ИСплощадь, необходимая под резистор, пропорциональна его сопротивлению,т. е.
резистор с большим сопротивлением занимаетслишком много места на кристалле. Помимо этого, резистор сбольшим номиналом имеет и значительную паразитную емкость.Глава8.Аналоговые интегральные схемыЭто приводит к большому значениюRC,постоянной243+евремени1что накладывает ограниченияна частотнуюхарактеVT 4ристику усилителя.
Кроме пе1111+14~:речисленных недостатков, длянормальной работы ДУ транзисторы всегда должны оставаться в активном режиме ине попадать в область насыщения, что вьIЗывает ограничение входного базового напряжения.должноЭтобытьнапряжениетаким,чтобыпереход коллектор-база былсмещенвп~ямом-еВторойнаправлении не более, чем накаскад0,5 В.Рис.8.10В результате напряжение наколлекторе будет много меньше напряжения источника питания,а это приводит к значительному уменьшению диапазонаизменения входного напряжения ДУ.Из-за наличия указанных недостатков в ДУ ИС используютактивную (динамическую) нагрузку.
Пример ДУ на биполярных транзисторах VT 1 и VT 2 с активной нагрузкой (также из биполярных транзисторов VT 3 и VT 4 ) приведен на рис. 8.10, гдеVT 3 и VT 4 , как8.2, называется токовым зеркалом. Если транзисторы VT 3 и VT 4 совершенно идентичны и напряжения базаVT 3включен по диодной схеме. Такое сочетаниеотмечалось в п.эмиттер у них равны, то в этом случае коллекторные токи обоихтранзисторов одинаковы, т. е.1 3 =14 • Следовательно, любой ток«зеркальным отражением» тока через VT 3 • Анализ такой схемы показывает, что коэффициент усиления перечерезVT 4 будетменного напряжения такого каскада ДУ равен Копределяют транзисторыVT 3иVT 4 ,а= 2gRн, где Rнg = 1 11 2 /[ (I 1 + 1 2 )q>т] - передаточная проводимость.
Таким образом, К· в ДУ с активнойнагрузкой вдвое больше, чем с постоянной резистивной.8.3.2. ДУна полевых транзисторах (ПТУП) и МДП (МОП)-транзисторах.Этот тип ДУ принципиально работает так же, как и ДУ наВТ, однако ДУ на ПТ обладает по сравнению с ДУ на ВТ гораздо244Раздел 2. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫбольшим входным сопротивлени109 ••• 1012 Ом) и очень маем (~лым(~входнымтоком10-9 ••• 10-; 12 А).смещенияК недостаткамДУ на ПТ с управляющими электрическими переходами 1,\ЮЖНО отнести: низкую передаточную проводимость и, как следствие этого,низкий коэффициент усиленияпо напряжению; большое напряжениесмещенияпарыПТпоДУнасравнению с парой ВТ.СхемаРис.простейшегоМДП-транзисторах с динамиче-8.11ской нагрузкой представлена нарис.8.11,где нагрузочные транзисторысобой динамические нагрузкиVT 2 и VT 4 представляютдля VT 1 и VT 3 • Нагрузочные транзисторы работают на участках насыщения БАХ, потому что в малосигнальном приближении их сопротивления одинаковы и определяются формулой(8.18)где _индексы пветственно;= 2, 4Sn -относятся к транзисторамиVT 2VT 4сооткрутизна характеристики соответствующеготранзистора, а Исп•Icn -напряжение и ток стока.
Поскольку,как и в ДУ на ВТ, коэффициент усиления для дифференциальнойсоставляющей в рассматриваемом случае равен коэффициентуусиления отдельного плеча, то достаточно оценить значение К,например, для левого плеча, составленного изVT 1иVT 2 •ное напряжение Ивых определяется соотношением (см. гл.Выход-6)Ивых = -IcRc = -SRсИвх' откуда следует, что К= ИвыхlИвх ==-SiRc.Учитывая(8.18),получим(8.19)Коэффициентусиленияограничензначениями5 ... 7,поскольку он определяется размерами каналов у активного и нагрузочного транзисторов, прежде всего отношением толщин каналов, которое лимитируете.я возможностями технологии.Глава В. Аналоговые интегральные схемы245Анализ показывает, что :коэффициент усиления для синфазной составляющей Ксс равенКсс= K/(2SR; + 1),(8.20)R; - внутреннее сопротивление источника тока 1 0 •В МДП-транзисторных ДУ главная составляющая напряжегдения смещения Исм обусловлена разбросом Пороговых напряжений и удельных :крутизн активных транзисторов, поэтому значения Исм у МДП ДУ больше, чем у биполярных ДУ.8.3.3.
Дифференциальный усилитель на составных транзисторах.Составной транзистор-это :комбинация из нескольких транзисторов в ИС, соединенных между собой так, что их можнорассматривать как единое целое. Свойства составных транзисторов сильно отличаются от свойств обычных транзисторов. Наибольшее распространение получили составные транзисторы ввиде так называемой пары Дарлингтона.Схема(рис.ДУсдвумя8.12) позволяетпарамитранзисторовДарлингтонаполучать очень высокое входное сопротивление и очень низкий входной ток смещения по сравнению с·.обычной схемой.
Несколько большее напряжение смещенияиз-за наличия четырех транзисторов в ДУ с транзисторами Дарлингтона является одним из недостатков этого вида ДУ. Главная особенность пары Дарлингтона, напримерVT 1иVT 2 ,-этоисключительно большой :коэффициент передачи базового тока,который равен~= ~ 1 ~ 2 , где ~1' ~ 2 -:коэффициенты передачи базового тока соответственно транзисторовVT 1 и VT 2 •Поскольку :коэффициент передачи по току одиночного транзистора равен по порядку величины102 ,то общий :коэффициентпередачи по току схемы Дарлингтона есть величина порядка 104 •Из-за большого коэффициента передачи по току входной ток смещения(I в> в ДУ со схемой Дарлингтона очень мал, а входное сопротивление,обратнопропорциональноетоку смещения (базовому току), напротив, очень велико по сравнениюс обычной схемой двухтранзисторного ДУ.Рис.8.12Раздел2462.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ8.4.
Операционные усилителиВходные каскады операционных усилителей (ОУ) построены наоснове ДУ: ОУ представляет собой аналоговую ИС, на выходекоторой формируется напряжение И0 , равное по величине усиленной разности И 1 -И2 между двумя входными напряжениями И 1 и И 2 (рис.т. е.8.13),И 0 = К(И 1 - И 2 ),где К-(8.21)коэффициент усиления ОУ без обратной связи.На рис.8.13 показаны схемные обозначения ОУ (треугольником обозначен ОУ, включающий многокаскадный усилительнапряжения, содержащий от десятков до сотен транзисторов):а-основное обозначение; б и в-обозначения с указаниемфункционального назначения входов. В идеале ОУ чувствителен только к разности входных напряжений Ид= И 1 -п.8.3.1),И 2 (см.которая называется дифференциальным входным сигналом, и нечувствителен к общей для обоих входов составляющейвходных сигналов.
Общая составляющая, которая назьiваетсясинфазным сигналом, определяется формулойЕсли на вход ОУ подать только напряжение И 1 (И 2=О), тоИ0 = КИ 1 , т. е. выходное напряжение И0 равно усиленному неинвертированному входному сигналу И 1 , приэтом нижний вход (см. рис.8.13,б) называется неинвертирующим. И наоборот, еслиа)инвертирующийВХОД~на входе есть только сигнал И 2 (И 1 =О), товыходной сигнал И0 =-КИ2 -инвертированный усиленный сигнал И 2 , а соответствующий (верхний) вход называется инвервход~тирующим (см. рис.неинвертирующийсхема ДУ должна включать и подключеб)8.13,б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
