Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 35
Текст из файла (страница 35)
е. при переходе от высоких к низким значениям) имеем а/»1 = а/»2 = 2/оз/(Уоэ — (/1) = 2/оэ/(У«/2 — У1). (3 7)) Если, кроме того, дь ж О, выражение для коэффициента усиле. ния по напряжению запишется в виде 2р/, 41оэ/( Г+/2 — 1'1) Агж ко»+ ао» /оэ/КА1+ /оэ/)/л» 4/(Г»/2 — «'1) )/КЛ1 + )Л'Л» ' Оспгочники постоянного тока, напряжения и опорного напряжения !93 (3.73) 3,2. Источники напряжения Исгочник напрямсенпя — компонент электрической схемы, который вырабатывает выходное напряжение Ро, не зависящее от величины нагрузки источника напряжения, или, что то хке, от выходного тока. При определенных условиях источник напряжения можно представить источником постоянного тока.
На рис. 3,24 приведены для сравнения характеристики идеальных источников напряжения и тока. г 1 1 ! Рис, 3 24 24 Характеристики идеальных истонникон постоянного тока и постоянного напряжения. Несмот напряжения, смотря на то что невозможно создать идеальный источник вать элект Р ения, как и идеальный источник тока, можно сконструирористики н электронные схемы, близко аппрокснмир~ющие характеосновных с идеального источника напряжения. уществуют два нспольз ют пособа реализации источника напряжения которые руется на нс зуются по отдельности или совместно. Один способ базина использовании свойства транзистора преобразовывать 7 сонпос с. р ли у этих транзисторов коэффициенты модуляции длины ка, ала равны, так что р'я, ряя, то выражение для коэффициента иления по напряжению в случае схемы га КМОП-структуре упрощается следующим образом: 4ЦВ'+/2 — Ь'с) 2ия 2(Ря Р'+г2 — 'т'г 194 Глава а импеданс, что в свою очередь связано со свойством усилеии„ транзистора по току.
Другой способ базируется на свойствах усп лителя с отрицательной обратной связью. 3.2.1. Преобразование импеданса. Лля анализа характеристик транзистора по преобразованию импеданса рассмотрим схему рнс. 3.25. База транзистора через резистор /тв подключена к источ. нику напряжения )тв р)роследим, что происходит с !то по мере ч" тт; Рнс. 3.25.
Источння еп. ! пряження с преаарааоаанпем нмпеданса транан- стора. увеличения 1о. Предположим, что 1„возрастает на с(/о. Это вызовет увеличение базового тока на Нв — — е(/в/(Р + !)- = Нр/(р + !), что в свою очередь приведет к паденшо напряжения на сопротивлении источника на 61вйв = Но)та/(() + !). Возрастет н падение напряжения между базой и эмнттером трап. зистора согласно формуле Л'ва = (ЙРвв/На) Нн.
Величина е()твн/с(!вн представляет собой динамическое сопротивление перехода эмиттер — база транзистора. Ее легко определить из следующих соотношений. Для транзистора в активном режиме имеем 1в /о = /то ехр Явте/)тт), откуда т(1в/Н'ттва — Нс/т(твв =- 1н/Ут и, следовательно, т('тва/т(/н = г„а = Тогда полное изменение выходного напряжения будет опредс. ляться формулой "(/о = — Нвйа — с((тая = — Фойе(4 + )И вЂ” Нт~ае (3 14) Выходное сопротивление этой схемы равно го = — с(~ О/НО = /тз/(р + !) геа. (3.75) Значит, в связи с наличием усиления транзистора по току значение Ав как бы уменьшается в (р + !) раз и становится равным /1а/((1 + !).
Поскольку усиление транзистора по току достаточно велико, обычно порядка (00, изменение импеданса существенно. //сточники постоянного тока, напряжения и опорного напряжения !9$ для иллюстрации положим /7з = 1000 Ом, /о — — 5 мА при У = !О В, усилении по току для транзистора р = 100. Тогда „оходное сопротивление равно „= 1000/(8 + 1) + 25 мВ/5 мА 10Ом + 5 Ом = 15 Ом, (3.76) Следовательно, увеличение /о на 1 мА вызовет падение напряжения Уо на !5 мВ, или на (15 мВ/мА)/10 В Х 100 '.4 = 0,15 %/мА. Рнс. 3,2б, Выходные характеристики источника напряжения. Данные соотношения верны только для малых изменений выходного тока, Проанализируем изменения 1/о, вызываемые большими изменениями выходного тока.
Экспоиенциальаое соотношение между током и напряжением база — эмиттер для транзистора даст /и /с = /то ехр (!'нн/Ут), откуда Унн = Ут (п (/в//то). Изменение Унн, связанное с изменением выходного, или эмнттерного. тока от значения /и, до /г„определено соотношением !не Уг 1и (/н,//н,) = 1"г !п (/р,/!о,). Следовательно, полное изменение выходного напряжения, вызываемое увеличеш ем в"ходкого тока от /о, до /о„дается формулой АУо = — (/о, — /о,) /сзl((1 + !) — Уг !и (/о,//о,) (3 77) Таки ким образом, в приведенном примере/о изменяется от /о, = г 0 мА до значения при полной нагрузке /о, = 5,0 мА, изменение выходного напряжения вычисляется по формуле: АУо= — 4,0 мА 1000 0м/101 — 25 мВ !п 5 = -40 м — 40 мВ = — 80 мВ, (3.78) "то соот соответствует уменьшению напряжения на 0,8 ой.
196 глп«а 3 Стабильность по нагрузке источника или стабилизатора на. пряжения — это изменение выходного напряжения при откл, ненни выходного тока от некоторого определенного значещгя «без нагрузки» до значения при максимальной нагрузке, Ста. бильность по нагрузке непосредственно связана с выходным импе. дансом источника напряжения или стабилизатора напряжения. ~а 1а "е Рнс, З.27. Эивнввлетиые схемЫ: и — идевльного нсточннив нвпряження; б — реального нсточнивв нвпряжеиия. На рис. 3.2б сравниваются выходные характеристики идеального и реального источников напряжения, На рис. 3.27 показаны соответствующие эквивалентные схемы.
3.2.2. Использование отрггг1ательной обратной связи для упеньшения выходного илгаеданса. На рис. 3.28 представлена простая схема с отрицательной обратной связью, показывающая, каким Рис. 3.28. Использоввнне усиля. а тели с отРнцвтельпой обРатной связью для уменьшения выходного сопротивления, ч, образом можно использовать усилитель о отрицательной обрат.
ной связью, чтобы получить очень низкий импеданс на выходе и тем самым обеспечить хорошую стабильность по нагрузке источ ника напряжения. В этой схеме А — коэффициент усиления уси. лнтеля без обратной связи. Сопротивление йгв представляет собой выходной импеданс усилителя без обратной связи. Оно яв ляется внутренним, но для удобства анализа изображено вне усилителя.
Ос~иоеникн постоянного тока, направления а опорноао нааряаеениа 197 Выходное напряжение данной схемы Уо определяется выраисением Уо = (Уа — )о) А — /о)та Отсюда Уо (1 + А) ь УаА — /о)7а, откУда Уо УзА/(! + А) — !ойа/(! + А) = УзА/(1 + А) — /о/7л, (3. 79) где атз = /7з (1 + А) — выходное сопротивление этой схемы при наличии обратной связи. Для обычного случая очень большого усиления без обратной связи А )) ! имеем Уо нм Ул — )7з/о, где /7з нм Рз/А. Отсюда следует, что выходное сопротивление при наличии обратной связи много меньше, чем при ее отсутствии.
Рис. 3.29. Усилитель с отрицательной обратной связью и с вмютерным повторителем на выходе схемы. Очень часто рассмотренный каскад с эмиттерным повторителем, преобразующий импеданс, служит выходным каскадом усилителя. Кроме того, каскад с эмиттерным повторителем часто подключают к выходу усилителя, чтобы расптирить диапазон изменения тока на выходе.
Пример такой схемы показан на рис. 3.29. Выходное сопротивление схемы без обратной связи, как было Показано выше, имеет вид Л~ Рэ/(() + 1) + гы Рз/Ф + 1) + )тг//ш (3 80) В схеме с обратной связью на рис. 3.29 соответствующее выходное сопротивление равно Йо = Ио/(А + 1). Например, для Йа = 1000 Ом и тока /о 1,0 мА тсо — — (1000/!01) + + (25 мВ/1,0 мл) = 35 Ом. Если коэффициент усиления усилителя без обратной связи на низких частотах равен 10 000, то выходное сопротивление схемы с обратной связью равно Йо = )7о/(А + 1) = 35 Ом/10' = 3,5 10 а Ом 3,5 мкВ мЛ.
(3.81) Следовательно„ выходное сопротивление этой схемы очень мало — 3,5 !О-' Ом, или 3,5 мкВ/мл. Это означает, что уменьение выходного напряжения при увеличении выходного тока а 1 мд составит всего лишь 3,5 мкВ. Это действительно очень алое изменение, и по этой причине схема является очень близким риближением к идеальному источнику напряжения. Глава а Полученное выше значение динамического выходного сопро. тивления для схемы исто шика напряжения справедливо лишь на низких частотах.
На более высоких частотах уменьшение козе„ фициента усиления и появление фазового сдвига напря>кения вы. зывают соответствующие изменения выходного импеданса как по величине, так и по углу. Для большинства усилителей, и осо бенно для ОУ, коэффициент усиления по напряжению можг:о записать в виде А (/) = А (0)/!1 -1- / (///г) ), где А (0) — коэг)х!гпциент усиления схемы без обратной связи на нулевой частоте и /г — частота в точке перегиба. Для частот, больпге чеъг на половину декады превышающих частоту в точке перегиба, усиление схемы без обратной связи можно прибли>кенно записать в виде А (0 ж А (0) /г/// = /,!//, где /„= А (0) /, — частота при единичном значении коэффициента усиления.
В результате выходной импеданс схемы с обратной связью имеет вид 2з = Ро/(А + 1) йо/(/ ///) = //Ро//,. Поэтому в области более высоких частот выходной импеданс становится реактивным и для схемы с обратной связью записывается в следующем виде: 2л ж //йо// = /гойи/2ч/„= /и>/-з (3.82) где /-'з = Ко/2п/в = /то/и>„— выходная индуктивность схемы, Для предыдущего примера в предположении, что частота единичного коэффициента усиления равна 1,0 МГц, имеем Ез ж //(35 Ом/1 МГц). Частота в точке перегиба /г равна = /„/А (0) = 1,0 МГц/!О кОм = !00 Гц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
