Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Из проведенного выше анализа передаточных характеристик ди)ференциальнощ усилителя следует, что идеальный дифференциальный усилится„ реагировал бы только на дифференциальную составляющую вх„,. ного сигнала и полностью был бы нечувствителен к сннфазной составляющей. Функционирование ядеального дифференциаль. ного усилителя можно исследовать, оценив его реакцию на снпфазный входной сигнал, когда на базы обоих транзисторов по. дается одинаковое напряжение, Если подать одинаковые напряжения на базы транзисторов ~, и (е, (рпс.
4.(), то напряжения на эмиттерах будут практически повторять напряжения на базах и, следовательно, на источнике тока 1о будет создано падение напряжения. Если источник тока 1а идеальный, то изменение напряжения на нем не приведет к изменению тока, Поскольку общий ток дифференциального усилителя останется постоянным и равным 1а, распределение тока между транзисторами ()1 и Я, не повлияет на входное синфазное напряжение и токи коллекторов 1, и 1, не будут зависеть от входного синфазного сигнала.
В этом случае синфазная передаточная проводилвость, определяемая как отношение изменения коллекторного тока к входному синфазному напряжению, будет равна нулю. Теперь рассмотрим неидеальный источник тока, изменение напряжения в котором приводит к изменению тока. Реальный источник тока можно представить в виде параллельной комбинации идеального источника тока и небольшой динамической проводи. мости, до. Эта проводиь1ость называется динамической выходной проводимостью источника тока, а изменение тока источника Ыа равно изменению напряжения на источнике, умноженному на вы.
ходную проводимость до. Синфазное напряжение, Лосм, на входах дифференциального усилителя будет создавать на источнике тока падение напряже ния, примерно равное Лссм, так как напряжения на эмиттерах практически полностью повторяют сннфазные напряжения на базах транзисторов. Изменение тока на источнике равно Л(а = = Лосмдо. Если дифференциальный усилитель сбалансирован это приращение тока поровну распределится между 9, и вчв " таким образом, коллекторпые токи изменятся на величину Л(в = Ы, = Ыа(2 = Лоси (йо12). Передаточная синфазная динамическая проводимость будет определяться формулой Лифференцивльнне Веиливмли (4.35) В общем случае, когда дифференциальный усилитель не сбалансирован и коллекторные токи не равны, можно записать ! + ехр! — ()!! — Чоь)ГКг) ! + ехр ВК! — Коз)Ге'г) Ге = Ч (4 36) а синфазную передаточную проводимость можно представить в виде (4.37) н аналогично (4.38) Синфазная передаточная проводимость много меньше дифференциальной передаточной проводимости, обычио в !О' илп !!)' раз.
Именно это большое отношение дифференциальной передаточной проводимости, п), к синфазной передаточной проводимости, д! !см>, и позволяет достичь в ОУ достаточно большого коэффициента ослабления синфазного сигнала (КОСС). 4.1.4. Входная проводе!л!ость. Вып!е мы рассмотрели динамические передаточные проводимости дифференциального усилителя, которые характеризуют изменение выходных токов 1, и 1, по отношению к входным напряжениям Ув, и рв„.
Теперь рассмотрим динамическую входную проводимость, которая определяет отношение изменения входных токов Гв, и 1„, к входным напряже"ним Входные (или базовые) токи дифференциального усилителя (Рис 4 2) связаны с выходными (пли коллекторными) токами через коэффициент передачи по току транзистора, р, или ЬГ, Эта зависимость выражается формулами д1!ГНт = () и НеГНв, = () ко иоя ор"!е мы будем использовать при выводе соотношений для вход- оя проводимости. ножен Виффепенчиальная входная проводимость, д, определяется от- ! "еннеч изменения входного тока к дифференциальному вход- ялпря кению и выражается формулой й! = е(1в,1е()Г! *= 254 = — Нл,фЪ', = ((((в,(т(!~) (Н1/д)г,) Носкольку Л!в,(г(1, )/(! „ Н„/г()т, йе что иное, как передаточная проводимость, йт, ура „ ние для хт, можно записать в очень простой форме аг= Ы) (4.39) Учитывая, что лт = 1т(,/!оУт, уравнение для д, можно пере.
писать в виде а, = 1,(т/!)1ч)(т Диффе(тенцмоланое входное оолро Рис. 4ть Малосигиальиев вввивалеитиая схема лиффереиииальиого усилителя с учетом лифферепчиальиого вхолпого сопротивления. тааление, т„— величина, обратная входной проводимости, т е. те = !/д, Р1о)(т/1г(е. Г1оскольку !а 1, + („ можно записать тг 57т (/г + !е)/1г!в = ())тт ()/(г + )/(в) Ут (5/!~ + + ))/(в) Используя приближенное равенство 1,//и, = !т/!в, () для т, также можно записать достаточно простое выражение (4.40) ьт!6~дню 1т евв'1ае а;. е. 1в, (и„поэтому (4 41) где 1в ( 1в, 1в,) — входной ток смещения днфференциаль. ного усилителя Из соотношения (4 4!) следует, что входной ток смещения (или базовый ток) дифференциального усилителя динамическое входное сопротивление связаны очень простым соот ношением Например, при токе смещения 50 нЛ динамическое дифференциальное входное сопротивление равно т, =- 2)(т((в = 50 мВ/50 нА = ! МОм На рис.
4 9 приведена малосигнальиаи эквивалентная схема дифференциального усилителя с учет~и т ' ДиФфеленциильнме усилители гав</>изноя входная проводимость, д, <сми определяется как но<пение изменения входного тока к синфазному входному напряжению: " в, ">в, «>> к>, <см> д«, см> — др ' — ',<и ' — ', (4,42) см > см "! в, и> в «т, к>, <см> й,, <см> Л<г и>, л~ р (4.43) Б частности, при /< /т /а/2 получим дб <см> и Я>, <см> = йо/ф и в итоге (4.44) Такую динамическую проводимость имеют оба входа дифференциального усилителя.
Рвс. а !О. Экввввлентвая схема с учетом как дифферевциальвого, так я сяв- 4азяого входного сопротввлевва. С<ли</>азное входное соаРои>аллен ие, г,,см>, величина, обРатнаЯ входной проводимости, определяется выражением (4.45) где "е во — динамическая выходная проводимость источника тока /ч, тока а 'о = 1/ао — динамическое выходное сопротивление источника пиаль На рис 4,10 представлена эквивалентная схема дифферен- альиого усилителя с учетои как дифференциального, так и тиален «""Фазяого входного сопротивлений Синфазное входное сопро- О<) ление очень велико, обычно порядка нескольких гигаом ГЛава 4 4.1.5. Балансировка дифференциального усилителя на би„ ных транзисторах, входное напряжение смен!ения. Анализа полл/т. уравнения для выходных токов 1, и 1а дифференциального даруя о усилителя, можно заметить, что при (Г, = О эти два тока не Ра Равны.
Чтобы они стали одинаковыми, необходимо на входы диффер циального усилителя подать небольшое напряжение, такое, ч ереит ы = )тоз Напряжение смещения определяется уравнением ехр('газет) = /та,/1та„ откуда )таз = Рт 1п (/та,//та,). (4.46) Эффективная ширина базы, (Ра, — один из основных параметров, который определяет различие 1то у разных транзисторов. По. скольку /тр пропорционально 1/)г'в, величину )таз можно выразить через ширину базы транзисторов 9, и !4, как = 'г'т 1и ()Ра,/)г'а,).
Величины (г'а, и )Ь'а, хотя и не равны, но очень близки и отличаются, как правило, не больше чем на 10 %, Следовательно, если записать )г'а, = )г'+ Л)р' и йти', =- йг и предположить, что Л)Р/)г' (( 1, получим )таз = (/т)п (Ж'+ Л(Р)/)Р = )тт!и (! + Л)Р/))Г) ж )тт Л)Р/)Ут. (4 47) Коэффициент передачи по току транзистора, р, обратно пропорционален ширине базы, )гяа. В большинстве случаев количественные различия коэффициентов передачи будут в основном определяться различиями в ширине базы, поэтому рв/()1 ж ж (ра,/)г'а„, откуда следует, что Л()/р ~ Л)р/)ут, значит, относи.
тельное приращение коэффициента передачи, /зр/(), будет равно относительному приращению ширины базы. Таким образом, су ществует связь между напряжением смещения и рассогласова нием (1. Рассмотрим типичный пример, предполагая, что ширина баз плапариых транзисторов дифференциальной пары отличается на 10 йа, При этом напряжение смещения )тав ж )тт Л)Г'/)г = = 25 мВ 0,1 = 2,5 мВ. За исключением напряжения смещении различие коэффициентов передачи по току двух транзпстороа также будет примерно равно !О",,. Температурный дрейф нанрллсения смеи!ения определяется вы' раженпем ТКНи = дУа /йТ.
Выше было показано, что )'сз можно выразить через отношение эффективной ширины баз ров о ат = Мт!и (ут'а,/Ю'а„). Это отношение относительно независимо Диф4еренциильньи усилители 257 мпературы, и Ут = ИТАР, откуда следует, что дУт)аТ = А(д У )Т и в результате "~ ов Уг ~в, ТКНи = — = — 1п —,' = Уоэ~Т, ов ит т !г' в, (4. 48) например, при Уов = 1,5 мВ = 1500 мкВ температурный дрейф равен ТКНи = Уиэ(Т = — 1500 мкВ/ЗООК = = 5 мкВГК = 5 мкВ('С. (4.49) Относительное изменение напряжения смещения на градус изменения температуры дается выражением — — '!ОО; =, — !003 = "ав, ! !ов Ат е и т е = 1009о/ЗООК =- 0 33 е~й! С (4 50) Полученное отношение показывает, что относительное изменение напряжения смещения от температуры не зависит от самого напряжения смещения. Таким образом, при увеличении температуры на !О'С напряжение смещения изменится примерно на 3,3 'е, а прн увеличении температуры на 30 'С относительное изменение напряжении смещения составит примерно 10 %.
Такое небольшое изменение напряжения смещения от температуры в ряде случаев достаточно существенно, особенно там, где требуется компенсация напряжения смещения. 4.! .б. Влияние коллектарного напряжения на балансировку дифФеренциального усилипгеля, Вследствие эффекта модуляции инм Рины базы (называемого также аффектом Эрли) различия коллекторных напряжений двух транзисторов дифференциальной пары "агут привести к неравенству коллекторных токов. Влияние раз"Ости коллекторных напряжений иа выходной сигнал можно ~анже представить в виде частичного изменения входного напри>кения смещения ВлиЯние напРЯжении коллектоР— база, Уев, на зффектпвнУю (т. е.
электрическую) ширину базы транзистора, можно выРазить через коэффициент модуляции смирины багие как — (1/)У) Х Х (с(йтй!Усв) = 1/У,„где ӄ— постоянная с размерностью на"Ряжения (см. приложение Б), Величина, обратная Ул, выражает относительное изменение пгпрпны базы д)У/И7, отнесенное к еди-, "нде изменения напряжения коллектор — база Уев сонеиф с. ГлаВа в' лвв Разность коллекторных напряжений двух транзистор ЛУсв =- Уса, — Уев, приведет к различию ширин базы этн„ транзисторов, которое приближенно можно оценить из выр; ° ния (ЛВ')Мт) = ЛУсв!Уа.
Напряжение смешения пары трап«и сторов выражается через эффективную ширину базы формулой Уоэ = Ут !и (Ф',/Ж',) = Ут !я К Ю, + Л 1У 1!(У,! = = Уг!и (1 + Л)Ут/йт«) ж Ут(Л)л /Ж ) ПРИ ЛйГ!(У (( 1. (4 51) Отсюда часть напряжения смещения, обусловленная разностью напряжений коллектор — база транзисторов, можно записать в виде ЛУоэ = Ут ( — ЛУса)Уа) = Ут(Усва — Усэ,))Ул (4.52) В качестве примера рассмотрим пару транзисторов, имеющих напряжение модуляции ширины базы Ул = 250  — типичное значение У„для планарных прп-транзисторов. В результате разности напряжений коллектор — база двух транзисторов изменение напряжения смещения, ЛУов, равно Л Уов =- Ут( — Л Уса!Уа) = ( — Л Уев) (25 мВ!250 В) = (01 «В«В)( ЛУса).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
