Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Проведенный анализ показывает, что динамическая проводимость активной нагрузки составляет всего 50 нСм (максимум), что соответствует динамическому сопротивлению г„= 20 МОм (минимум), следовательно, можно получить очень большой коэффициент усиления первого каскада. Несмотря на значительное динамическое сопротивление, падение напряжения на активной нагрузке составляет всего 21еав ж 1,2 В. Если бы в этой схеме использовался обычный нагрузочный резистор с таким большим сопротивлением, то падение напряжения на нем было бы 10 мкА х М 20 МОм = 200 В! Более того„такой большой резистор занимал бы огромную площадь на кристалле ИС, а связанная с ним "аразитная емкость была бы недопустимо большой. В свою очеРедь сочетание большого сопротивления и очень большой паразитн " ной итной емкости привело бы к существенному ухудшению частотой характеристики. П~~кольку падение напряжения на транзисторах активной на„РУзк" еее и Ял пРимеРно Равно 21'„в ж 1,2 В, напРЯжение на ц екторах (), и Щ, равно )е' — 2(евв ж 1" — 1,2 В.
Г!адение записи Р~~ения на переходе база — эмиттер связано логарифмической щенки 1 имостью с током через него, н при изменении тока в отно- 0 ~ 1 результирующее изменение )е в составит всего 60 мВ. Г!оэтому падение напряжения на активной нагрузке а реал ных условиях рабогы будет примерно постоянным н будет спета лять около 1,2 В. Максимальное напряжеяие на базах (7, и 9„ не приводяпге к насьпцеиию транзисторов, не должно превышать напряжение на коллекторах более чем на 0,5 В. Следовательно, диапаз„„ изменения входного напряжения ограничен сверху величиной )" — 1,2 + 0,5 = г" — 0,7 В, что все~о на 0,7 В меньше поло.
жительного напряжения питания. Активная нагрузка содержит только два илн три транзистора и поэтому занимает очень мало места на кристалле ИС. Выходная или коллекторная емкость О, определяет паразитную емкость активной нагрузки и приблизительно равна 3 — 10 пф, т. е. отно сительно невелика, Активная нагрузка позволяет получить коэффициент усиления каскада дифференциального усилителя бо.
лее 1000, причем падение напряжения на ней будет не более чем 1,2 В. Таким образом, активная нагрузка не подвержена недостаткам пассивной нагрузки. Кроме того, немаловажно, что все проводимости первого каскада пропорциональны /ч, поэтому коэффициент усиления этого каскада не зависит от начального тока. Значение /с можно выбрать достаточно малым (с20 мкА), причем коэффициент усиления в этом случае останется большим. Желательно, чтобы /ч было мало, так как это приведет к малому /в, а входное сопротивление станет большим.
В рассьютренном выше примере входной ток смещения (или базовый ток) /в = 10 мкА/50 (мннимум) = 200 нА (максимум), а дифференциальное входное сопротивление г, = 2$' /1в — — 50 мВ/0,2 мкА = = 250 МОм (минимум). Выбор слишком малых величин /ч нежелателен, так как это приведет к сокращению частотного диапазона и ухудшению переходной характеристики усилителя. В большинстве случаев, когда необходимо, чтобы 1в было мало, лучше всего использовать в дифференциальном усилителе полевые транзисторы (МОП или с рп-переходом), работающие при относительно больших токах 1ч.
В заключение отметим, что при использовании активной нагрузки уровень папря>ления на коллекгорах двух транзисторов дифференциального усилителя остается практически постоянным и одинаковым. По этой причине уменьшается часть напряжепия смещения, вызванная разностью коллекторных напряжений пары транзисторов. 4.3.1. Дифференципльный усилигпель на МО/7-транзистврвх с активной нагрузкой в виде слежу токового зеркала, Рассмотри~' дифференциальный усилитель на МОП-транзнсторах с активной нагрузкой в виде схемы токового зеркала (рнс, 4.17). Коэфф" циент усиления на нулевой частоте задается выражением Дифференяиальные усилитнели 271 А„(0) = о„/о 2д /д, 2гг,/(д„+ о, ), (4.73) о, = оа, — ол, — дифференциальное входное напРЯжение; передаточная проводимость дифференциального усилителя, йг = й =- (К/о/2)пх = (/ч/2) ()'оа — )гт); д,„, и д„, — динамические выходные проводимости соответственно транзисторов С/х и Ял.
ддя выходной проводимости можно записать; йла = йлх, оз„/~ л <и~ (/о/2)/(лл ~нм йлт = йлх, оз,/ л <л1 = ( О/ )/~л твт (4.74) Параметр транзистора )/(хл — это коэффициент модуляции длины канала (см. приложение В). Множитель 2 в выражении (4.73)— результат удвоения тока схемой токового зеркала, точно так же как и в аналогичной схеме на биполярных транзисторах.
ул ч" Рнс. 4,17. Дифференциальный усилитель на МОП-транзисторах с активной нагрузкой в виде схемытоковогоаеркала. После подстановки приведенных ввз(уаженнй дл йг Йв' выражение (4.73) принимает внд (4,7б) У /(1г я 1т) 2(Ров+Ух) 7 (Чав ', ц + уд'<„Д/2 РЛ <и1+ Л ~иЬ Например если ~'оз — ~'г = 1 В " ""ои оэффициент усиления по напряжению на нулевой частоте е е (0) = б0, Сравните это число с коэффициентом усиления т фференциальных усилителей на биполярных транзисторах, коРый Равен примерно 1000. 272 Глава 4 Из соотношения (4.75) видно, что коэффициент усиления прям„ пропорционален ((/аз — ('Д '. Поскольку 1ьа == /( ((7 рп)а коэффициент усиления пропорционален 1пй = (2//с) , это озпа.
чает, что у усилителя, работающего при низком уровне начал„ ного тока, коэффициент усиления можно увеличить. Однако это увеличение произойдет за счет сокращения полосы пропускання, С учетом влияния емкостной нагрузки на работу данной схемы формула для Аж преобразуется к виду Аг, = 2д~/(й~ + /ыСс), где Сь — полная емкость узла О,— О„включающая в себя не только нагрузочную емкость, но также и выходные емкости транзисторов Я, и Я4, Теперь формулу для Аг, можно переписать в виде А~ (О) А (О) 1 + 1(м/м ) 1 + !(111) * где , = й,/С, = (1 /2С,) (Р;,',„, + (/;,'„,), /, = ы,/2п = Ширина полосы пропускания.
(4.77) Отсюда видно, что ширина полосы пропускания прямо пропорциональна начальному току 1ч, Рассмотрим пример. Примем )Гл пн = Гл оп 1ч — — 60 мкА и Сь = 5 пФ. Полоса пропускания такого каскада дифференциального усилителя равна /, = 32 кГц. При частотах много выше /, коэффициент усиления становится примерно равным Аг, —— 2д~/(/ыСь). Следовательно, частота единичного усиления будет определяться выражением 2д,/(2пС„) = 1чД17аа — )7,)/2пСс.. Если опять принять 1ч = 60 мкА, Сь = 5 пФ н (7аз — (7, = 1 В, то частота единичною усиления /„=- 1,91 МГп. Заметим, что точно такой же результат можно получить по формуле /„= Аг, (О) /~ —— 60 32 кГц= 1,9! МГц.
4.4. Дифференциальный усилитель иа составных транзисторах Во многих схемах дифференциальных усилителей применение составных транзисторов дает ряд существенных преимущест~. В частности, схема дифференциального усилителя с транзисторами Дарлингтона (рис. 4.18) позволяет получить очень высокое вход ное сопротивление и очень низки)! входной ток смещения по сравненшо с обычной схемой. Один из недостатков диффереи цнального усилителя с транзисторами Дарлингтона — несколько большее напРЯженпе смещениЯ Роа, так как диффеРенциальный Пифференциальнме усилители 273 длитель в этом случае содержит четыре транзистора.
Статисти„скп это напряжение сметцения примерно в т/2 раз болыпе сравнению с обычной двухтранзисторной схемой дифферен„дального усилителя. рнс. 4.18. Дифференинальный усилитель на сосгааных транзисторах Дарлингтона. Можно показать, что у схемы Дарлингтона (рис. 4.19) зависимость междУ выходным током, 7„и входным напРЯжением 1гнв = = )ел,е, экспоненциальная и определяется формулой лз = = ехР ()лнн/2Гт), так как падение напРЯжениЯ на двУх соединенных последовательно рп-переходах база — эмиттер ули = 3 ! 1с ' га 4 19.
Схема состаиного транзистора дарлингтона. ~а,и, = 'г'л,л, + 'ув,а, Приведенная экспоненциальная заиснмость справедлива только в том случае, если оба транзистора, (т, е. ~~дающие в схему дарлингтона, работают в активном режиме переход база — эмиттер открыт, а переход коллектор — база закрьгг), схемы Д ~равнивая приведенную экспоненциальную характеристику ного т мы Дарлингтона с аналогичной характеристикой для одиночтранзистора, можно видеть, что характеристика схемы Дар- 274 Глава 4 лингтона отличается только множителем 1/2У„под знаком экс„ ненты (для характеристики одиночного транзистора имеем 1/у ) В результате все соотношения, выведенные выше для дифферен' циального усилителя, можно распространить на схему дифф ренциального усилителя с транзисторами Дарлингтона замен;, во всех уравнениях Уг на 2!'г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
