Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Из полученного выражения ясно видна причина, по которой стремятся увеличивать параметры К и я„: при этом уменьшается погрешность (в виде 2-го члена в знаменателе], связанная с влиянием температуры, режима и т. п. В идеальном ОУ, у которого Я,„ = со и К = оо, имеем: К аг о. с— з (14-21б) 14-7. КАСКАД НА МДП ТРАЕ(ЗИСТОРАХ В основе ЛК вЂ” его обоих плеч — лежат, как известно, однотактные каскады. Поэтому начнем с их рассмотрения Простейшие однотзнтные каскады нз Ь(ДП трзнзисторзх могут иметь три разновидности. У первой из ннх (рис.
14-6, о) в стоковой части используется обычный резистор, у остальных двух — дннзмическвя нагрузка в виде Ьц(П трен" т. е. козф(йициснт усиления зависит только от па)оалгетров вкеигней цепи обратной связи. Помимо усиления ОУ может выполнять многие другие функции. Тзк, если ззменить резистор )ст нв канленсзтор С, то коэффициент усиления будет выражзться оперзторной функцией интегрирования (1/зСйз); такой ОУ нззывзют интегрирующим усилителем.
Если заменить конденсатором С резистор )Тз, получим функцию дифференцировзния (зС)сг) и ОУ будет дифферемциррющим усиЛитеяеМ. При условии йг = (сз получаем инеерпшрующий ловнюрипмль. При падзче комплексной обратной связи из неинвертирукзций вход схема легко сзмовозбуждзется н превращается в тот или иной тип генерзторз. Именно такая гибкосгь ОУ сделала его основным, универсальным компонентом линейных (знзлаговых) интегрзльных схем.
Типовая структура ОУ включает в себя один или, чаще, два ЛК (Тг — Т, на рис. 14-5)„один переходный однотактный каскад -е (Т,) и выходной двухтактный каскад (Тз. Тт). Схема последнего .рассматривай лась в З 12-3. орл Операционный усили- тель описывается той же Блед Тп 5 )з Тз тг системой параметров, что О 1- Вмхсд и ЛК причем свойства ОУ прежде всего определяются свойствами входного ЛК.
Поэтому в последнем +Ее используются все меры, Ркс. и б, Внутренняя структура оперзци- сггособствУющие УлУчше онного усилителя. нню входных параметров (см. у 14-5). Второй и последующие каскады призваны в основном обеспечить нужный коэффициент усиления и выходные параметры (напряжение, ток, выходное сопротивление). Современные ОУ характеризуются коэффициентами усиления 10' — 10з и выше, выходными токами 1О— 20 мА и выходными напряжениями 5 — 10 В (последние, конечно,.
зависят от напряжения питания). Рис. 14-6. Простейшие однотактные каскады на ЬЯП транзисторах. и — с ревисторной ивгрувкой: б — с трвнвисториой нвгрувкой того же типе прова димости; в — с трвнвнсторной ивгрувкой противопопожиого тяпа проводимости. Рассмотрим каскад на о д н о т и п н ы х транзисторах (рнс. 14-6, б). Из условня (гы = (г в следует: !),з > Овв — Цв, т.
е. [см. (5-39)) транзистор Тв работает в области насыщения, на пологих участках характеристик (рис. 5-23, а) е. Соответственно для обоих транзисторов будем пользоваться формулами насыщенного режима; для простаты ограничимся 1-м приближением, т. е. формулами (5-60) — (5-63). Как и н гл. 5, но избежание знаков минуса будем записывать потенциалы и напряжения в виде модулей. Раль сопротивления )гс н рассматриваемой схеме играет входное сопротивление каскада Т„включенного по схеме ОЗ. Следовательно, в формуле (14-22) можно заменить )г на )(,коз. Используя упрощенное выражение (5-90) и под- ставлЯЯ )слл = Рл/Бд, полУчаем: К=— (1 4-23) Р— +1 Зв Бл Отношение крутизн запишем с помощью выражения (5-63).
Поскольку тока обоих транзисторов одинаковы, легко находим: 3 .Гь 3, г' 5, )ГВ' (14-24) Задавая н е э а в и с и лс о е смещение на затвор Тв, можно обеспечить ненасыщенный режим, но при этом параметры каскада ухудшаипся (см. (!45[). Кроме того, недостатком будет наличие дополнительнога источника смещения. зистора с тем же (рнс. 14-6, б) или протйзаположным (рис. 14-б„в) типом проводимости канала. Каскад с резисторной нагрузкой мала специфичен по сравнению с классическим ламповым каскадом (если, конечно, не учитывать температурные эависн.
мости, шумы и другие эксплуатационные факторы). Поэтому к нему можно применить всю хорошо разработанную теорию ламповых схем (см. например, [62[). Иа зтам каскаде мы не будем останавливаться, ограничившись выражением для коэффициента усиления: Р (1 -22) где Р— коэффициент усиления транзистора; )гг — его внутреннее сопротнвле ние [см. (5-61) и пстит на с. 336[.
При достаточно большом сопропшленнн наг г узки ()гс к )г!) получаем максимальный коэффициент усиления каскада: )л. Обычно К = (0,2 еь 0,4) Р. (14-26а) (14-27) ~"В рд Приблин«ение основано на том„по обычно р = 50 —: 100 и более, а )гВ не превышает 6-7. Итак, коэффициент усиления е беэреэисторноб схеме ио однопииидмх транзисторах очень ни«лик и принципиально ограничен геометричеп«ими факторами. Лля того чтобы получить К яэ рд, необходимы значения В ~ 1О«, что нереально даже в гребенчатых структурах (см.
сноску на с. 313). Относительно статического режима каскада можно сделать следующие замечания. Запишем очевидное равенство В= (' «д+ (дзз (14-2о3) где аба напряжения отсчитываются от истоков. Выражая токи обоих транзисторов с помощью (5-60), приравнивая их друг другу и подставляя коэффициент В из (14-25), получаем соотношение уы — (г~ (гзд — (г« = Здесь порог«жые напряжения обоих транзисторов приняты одинаковыми, что характерно для д и с к р е т н ы х схем, в которых подложки можно саелннять с истоками.
Подставляя (Гш яз (14-29) в (14-23), приходим к выводу, что напряжение питания и напряжения (1,, (1«д, определяющие рабочую точку активного транаистора Т, с в я а а и ы о д й о з н а ч н о: Е=)гВ(Гм+(Гы — (  — 1) Ом (14-30а) Если желательно выполнить Условие Взп — — (1«д, то соотношение (14-30а) переходит в следующее '. В=(3»В+1) (Ä— (У — 1) Вы П4-306) ' Равенство (Г,= Б„если выполнить его во всех каскадах многокаскалного усилителя, поаиоляет слелать все каскады идентичными и соединять их друг с другом непосредсгиенио без вся кого с огл асана ни я. При этом начальный в ы х о д н о й потенциал (в отсутствие сигнала) будет равен в х о д" (14-29) Здесь отношение удельных крупмн обозначено специазьным символом В = — -д-. (14-25) =йз Если в выражении (5-55) считать величины е, р (подвижность) и б одинако.
вымн дзя обоих транзисторов (что обычно выполняется), та коэффициент В определяется только г е о м е т р и ч е с к и м и факторами — соотношением ллин и ширин каналов. Таким образом, в общем случае Хд йз В= — —, Уз йд ' а в частном случае, при йд = 5», В= — д. (14-266) «з Вариант (14-266) особенно асио иллюстрирует, чта значения коэффициента В непосредственно связаны с «размера»1и» транзисторов; если В ) 1, та транзистор Тг «больше».
чем Т,; если В<1. го транзистор Тд «меньше» транзистора Т,„В гл. 5 отмечалось, что при линейной структуре транзисторов геометрический фактор сд'ь ограничен: его трудно сделать более 1ОО н менее 1; значения В для такой структуры не превышают 40 — 50. Подставляя (14-24) в (14-23), получаем: ! Ь ((/, — (/«) (1 — тэ) ' (14-3!) где и«э — каэффш/иент ненаеищенности (О» т е 1). В»» — (/« Приравнивая гахн /«г и /,з, иэ которых первый выражается формулой (5-60), а второй — формулой (5-53), можно получить соотношение, аналогичное (14-29): (/»э (/о (14.32) 1/зт †(/о Ргтэ(2 †) Подставляя (14-31) в (14-22) вместо Р„заменяя Рм на уч/Вы выражая Яг согласно (5-62) и учитьшая (!4-32/, приведем коэффициент усиления к виду К= рч - ~ — )/тэ (2 — 'гл) р (1 — т! 1 — тэ +1 )/Втэ (2 — ~Я (14-33) Приближенная формула получена иэ условия г' В ч"; рг, которое позволяет пренебречь единицей в знаменателе точной формулы при всех реальных значениях т (реальные значения т«не превышают 0,3, в противном случае выражение (5-69а) даст большую погрешность).
Сравнивая (14-33) н (!4-27), убеждаемся, что данная схема люжегп ил«мпь преимущеспмо перед предыдущей: если, например, тл = 0,7, то К 3,2)/В. С уменьшением козффипиента т«выигрыш уменьшается. Несмагри на зто преимушество, схема с разнотипными транзисторамн реже используется на практике в связи с тем, что качественные МДП транзисторы с и-каналом получены только в самое последнее время. Поэтому ниже в основу ДК положен каскад с однотипными р-канальнымн транзисторами. н о м у. В частности, используя в цепях истоков дополнительный источник питания+ Вп можно получить н у л е в ы е (относительно земли) начальные потенциалы и на входе, и на выходе. В случае биполярных транзисторов аналогичное равенство (/з= (/з нев«множно, так как оно соответствует границе активного и насыщенного режимов.
В активном режиме, когда !/ '> (/з, возникают те проблемы согласования каскадов и их «индивидуализации» по смещениям, о которых говорилась в ф 13-3. л Условие ненасыщенного режима (/ел — (/э > !/,э в данной схеме обеспечиваегсн при выполнении неравенства (/,«> (/э. Учитывая, что величина )/В согласно (14-27) есть ком)фицнент усиления, можно сказать. что млраэтния (/4-30) устало«лизетт сеять мела)у усилением и режимом аккада. Например, если принять )/В = )К! = 5; (/э=- 3 В и В = !О В, то из (14-306) полУчим (/»Г = 4.25 В; потенциал (/«Г бУдет иметь таксе же значение. Есаи при тех же начальных условиях нужно обеспечить Вы = 6 В, та из (14-30а) получаем (/э« = 3,45 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
