Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Отсюда следует, что напряжение смещения изменится на 0,10 мВ цри изменении Ус на ! В, а разность Уса двух транзисторов !О В будет равносильна изменению напряжения смещения на 1,0 мВ. 4.2. Дифференциальные усилители на полевых транзисторах Дифференциальные усилители, построенные на основе по.чевых транзисторов, в принципе работают так же, как и дифференциальные усилители на биполярных транзисторах. Достоинствами дифференциального усилителя на полевых транзисторах являются очень высокое входное сопротивление ( -10' — 10" Ом) и очень маленький входной ток смещения (- 10 ' †!О " А).
К недостаткам дифференциального усилителя па полевых транзисторах можно отнести довольно низкую передаточную проводимость и как след" ствне этого низкий коэффипцеит усиления по цапряженшо. Дру той недостаток — довольно болыцое напряжение смещения пары полевых транзисторов по сравнению с парой биполярных транзч сторов. Рассмотрим сначала дифференциальный усилитель на полевых транзисторах с рп-переходом, схема которого приведена ца рис.
4.1!. Для простоты будем считать, что оба транзистора имеют идентичные характеристики. Для каждого транзистора, работа Дифференцполаные усилатели 259 юшег „его в активном режиме, можно записать уравнение передаточио ой характеристики /ов = ~овв () — Уоз/Ун)', так 1тО (/ов/ /овв) > ыг (4,53) Рнс. 4,11. Днфференцнальнан1 уснлнтель на полевых транзисторах с рл-переводом. ное дифференциальное напряжение, Уь токи стока изменятся на величину И от своего начального значения, т. е, 1, = 1о/2 + Л1 и 1, = 1о/2 — Ь1.
Соответствующие напряжения затвор — исток 11х н 11г будут ов Теперь можно записать выражение, связывающее хЪ1 и днфференвиальпое входное напряжение уб У1 = Уа, — Уо, = Уов, — Уоз, = 1 /о агама 14 /З+аГ ~ыг у е х 1 о 1овв 1) 1овв (4.55) — — — — — ~. — ) ), н.56) "е /ч должно быть меньше, чем 1,, На рис.
4.!3 представлен нормированный график передаточной характеристики дифферен"нального усилителя на полевых транзисторах с рп-переходом. 9» и в итоге Уав = У~ (1 — (1 /1 )нг1 (4. 54) В состоянии покоя токи через оба транзистора одинаковы и равны 11 = 1ов, = /о/2 и 1, = 1ов, = 1о/2. Если подать вход- 260 глава 4 Для малых значений У, и Л///ч выражение (4,56) можно ли. нейио аппроксимировать, используя приближенное равенст () + х)' -' ж 1 + (х/2) для х « (.
В этом случае зависимость между У; и Ы имеет вид (4.57) Следовательно, для динамической передаточной проводимости дифференциального усилителя, дг, можно записать выражение у> = >х/!У = (2/ч/оаа) /( 2" !") (1оаа/ч!2) /( Ур), (4.58) 4,2,1. Дифференциальный усилитель нп Л40П-трпнзисторах. Дифференциальный усилитель на МОП-транзисторах показан на рис.
4.)2. Вновь предположим, что оба транзистора имеют идентичные характеристики, В активном режиме работы передаточная характеристика МОП-транзистора имеет вид 1па = К (Упав Рис, 4Л2, Дяфферениаальиыя усиля. тель яа МОП-траааасторах. — У,)', где У, — пороговое напряжение открытия канала (не тепловое напряжение). Решая данное уравнение относительно Уое получим Уоа —— У, + (1„а/К) н'.
При подаче дифференциального входного напряжения У> два тока стока будут определяться формулами 1> — — 1оз, 1ч/2 + + Ь! и /т = /оз, = 1о /2 — Ы, так что ! /2+ д! нт ! „-д! ~!а Уоз, = У + ( ) > Уоз, = У>+ ~ ~~~ ) ° (4'бй) Дифференциальные усилители 2б1 нм образом, выражение, связывающее Ы н дифференциальное Таким вход ходное напряжение У„можно записать в виде У, = Уа, — Уб, = Уаз, — Уаз, = !а!2+ а! хна е ! 12 — л! х ю К =(' Нетрудно заметить, что это выражение по форме похоже на выражение для передаточной характеристики дифференциального усилителя на полевых транзисторах с рп-переходом. Поэтому рис, 4,!3 может также служить иллюстрацией передаточной характеристики дифференциального усилителя на МОП-транзисторах. Снова используя приближенное равенство (1 + х)'!' ж 1 + + (х12) для х « 1, найдем передаточную проводимость дифференпиального усилителя д!.
Для этого перепишем (4.60) в виде У! =(1ч!2К) !(1+ ьь111о) (1 еь111ее)) = = (1о12К)м 2Ы11ц — — (211аК) ~~Ь1. (4.61) Тогда передаточная проводимость равна Из анализа графика передаточной характеристики дифференциального усилителя на МО11-транзисторах следует, что ее можно линейно аппроксимировать в достаточно болыпом диапазоне нормированного входного напряжения.
Этот линейный участок лежит примеРно от У, = — 0,6У,„до У, = +0,6Уео где 1'„— ноРмиРующий множитель, который равен Уы = — Ур (1п/!пан)'!" дифференциального усилителя на полевых транзисторах с Рп-переходом и У -= (1,1К)на = т'2 (Уо — У,) для диффеРенциального усилителя на ' МОП-транзисторах. лите Синфазная передаточная проводимость дифференциального уси'теля на МОП-транзисторах, как и для дифференциального усилител тели на биполярных транзисторах, будет определяться полной ферен и "ыходной проводимостью источника тока 1 . По аналогии с днфсин 1азн " Реициальным усилителем на биполярных транзисторах для 'л зной передаточной проводимости можно записать й! ~см~ =- Рый исп Ча1 где Иа — выходная проводимость источника тока, котонспользуется для смещения дифференциального усилителя. ~ 262 О 'О к э О О а о О. О Ю т > И > > ! и >" М Ю" о !1 о~~!~ Ю„В а Ю Ф !' Ю" Ю" Ю Ю Ю Ю" ° й ('Э ю" а" Ю а" ю Ю р Ю" Ю Ф Ю" Ф .ъ Ю-4 Ю ('4 о Ю4 3 Ю" Ю Ю ~ Ю" ! с~ З О О О ОО О 'Ь Я ф Д Р Р !! О ОЗО 3 О О Д о о ""„ о Д О~ Д хФ Ю Юк Й ~~~ ! Ь М Ь О !! О ,Ф о в О Ф о Й а О.
~ о О х о Пифференциальние усилители 4 2 2. Напряжение слсеи!ения полевых транзисторов и ега темпера тйрный дрейф. Рассмотрим пару планарных полевых тран„доров с рп-переходом, Я, и Д,, причем напряжение затвор— <>к обоих тРанзистоРов 1'аз ж О. Тогда их токи стока бУдУт определяться формулами /ав, = /авв и /ав, = /авв + .!. Л/пвз, где б/авз — Разность между начальными токами стока Чтобы уравнять эти стоки, к затворам транзисторов необ„одимо приложить небольшое дифференциальное напряжение, или напряжение смещения, Л*йвз —— — )сов. Напряжение смещения, необходимое для устранения различия этик двух токов стока, можно найти из соотношения (4,63) где д = 2/овв/( — ~'в).
Решая его относительно напряжения пз смещения, получим 1'ав = — Л /авв Ъ'р/2/азз. (4.64) Если токи насыщения пары планарных полевых транзисторов с рп-переходом различаются на 1 % и напряжение отсечки равно -4,0 В, то соответствующее напряжение смещения 1'ав = = 0,0! 4 В/2 = 20 мВ, Для биполярных транзисторов напряже- ние смещения определяется формулой Кав — — Ъ'т (Л!Рз/Угз), и если Лйга — — 1 %, то напряжение смещения составит всего 0,25 мВ. Следовательно, напряжение смещения полевых транзи- сторов с рп.переходом значительно больше, чем у биполярных транзисторов, Анализ напряжения смещения МОП-транзисторов приведет к таким же результатам, как и для полевых транзисторов с рп-переходом, Температурный коэффициент напряжения смещения пары по- левых транзисторов с рп-переходом в основном определяется тем- пературным дрейфом напряжения отсечки )ср, который в свою очередь является следствием зависимости от температуры кон- чактной разности потенциалов Чп ав пвв Р ! Р ОБ исР— = — — — = !сав — — — — — —.
(4.65) йГ 2с'азз 47 Рр ~П' ! р йт Температурный дрейф контактной разности потенциалов, с(су/аТ, обычно составляет около 1 мВ/ С, поэтому ТКНУ в ()сав/1' Р) 1 ыВ~ С, (4.66) Нап и пр™ер если рав = 20 мВ и 1/р = 4,0 В, то ТКН"аз (20 мВ/4 В) 1 мВ/'С = 5 мкВ/'С. п яже /!ля пары биполярных транзисторов температурный дрейф на- Р женка смещения равен )/ /Т, откуда при !лаз — — 1 мВ соотсгвующий температурный дрейф напряжения смещения равен Глава 4 примерно 3 мкВ»'"С.
Поэтому можно сделать вывод, что, хо „ напряжение смещения полевых транзисторов с рп-переходом, ка„ правило, значительно больше, чем у биполярных транзисторо„ температурные дрейфы напряжения смещения этих двух типов транзисторов вполне сравнимы по величине. Анализ ТКН пары МОП-транзисторов аналогичен проведен ному выше анализу для полевых транзисторов с рп-переходо„ и полученные результаты можно применить к паре МОП-транзисторов, Однако особенность МОП-транзисторов состоит в допол. нительном дрейфе напряжения отсечки, вызванном миграцией ионов в подзатворном слое окисла.
Это может привести как к усилению, так и к ослаблению дрейфа напряжения смещения. 4.3. Активная нагрузка Если на вход двфференциального усилителя подать дифференциальное входное напряжение, то на коллекторах транзисторов выработается переменный ток », = †», = д»п».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
