Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 56
Текст из файла (страница 56)
5.22. Дифференциальное вход- Рнс. 5.23. Схена вьжита~онтего ьсг нос наприжение. лителя аля анализа влияния ноя!фи ннента усиления сннфазного сигнала. со = Асмсг„, где Асм — коэффициент усиления синфазного сигнала. Этот коэффициент усиления синфазного сигнала будет много меньше коэффициента усиления дифференциального сигнала. Отношение коэффициента усиления дифференциального сигнала А„а, или Ась к коэффициенту усиления с>ифазиого си нала Асм называется ксэффицггентсвг ослабления синфаэисго сигнала (КОСС) и обычно выражается в децибелах. Типичное значение КОСС для ОУ вЂ” от 80 дБ (!О') до (20 дБ (!О').
Чтобы оценить влияние коэффициента усиления синфазного сигнала ОУ с обратной связью, рассмотрим схему на рис 5.25. Если коэффициент Усилении без обРатной свЯзи Ась стРемитси к бесконечности, то о„= (Я.,/И,) (о, — св), т. е. это просто вычитающий усилитель, а значит, схелта чувствительна только к дифференциальной составляющей входного сигнала и полностью нечувствительна к любой синфазной составляющей. Теперь про анализируем эту схему при конечных значениях А„м '(или Ась) и Асм. Для схемы на рпс.
5.23 запишем следующие ураьнения: оо Аоаг (сх ов) + Асм (о ~ + си)г2 с. = ггвот)(йт + )се), тьо !(г! д )э) Е о о )(г! ! х!) ХарактеристикИ и приМеиение ОУ З!1 Подставим выражения для о„и о„в (5.34), тогда 1 (е1 ое) Ре ос ~1 о~+ге Ре О 1 г Р + Аем[,, Р Р -1- о(1 + Р ) ~. (5.36) Перенося члены с сс в левую часть, имеем Аим + Р~ А,.мР~ Р~+Ре 2(Р~ еле)1 Ре л г1 +ге Ре Аом с1 се) Р + Р ~ Асм 2 Р + Решая относительно сс, найдем (Ро/Р,)1Ло (о — г )+ А, (аз+о )/21 "ом г (Ре+ Ре)/Ре — Асм/2 Разделим числитель и знаменатель на Арм, тогда (Р/Р )((о ')+(А~ /" е)(о + 3)/21 со— 1+ 1(Ре + Ра)/Аом~Ч Асм~24см (5.40) Если Ась (или А „м) стремится к бесконечности (случай бесконечного коэффициента усиления), то уравнение для сс сократится до со = (Йе/Й,) (о, — с,), как и было найдено выше.
При очень большом коэффициенте усиления без обратной связи, таком, что А оь =- А„м » Я, + Р,)Я, и Аом » Асм, уравнение для о„ моншо приближенно выразить в виде сс = (/(о/Ре) ((се — со) + (А см/А ам) (се — оо)/2) (5 41) Втот результат показыиает, что по сравнению с воздействием на выходной сигнал дифференциальной составляюшей синфазная выхо со'"авляющая входного напряжения будет частично влиять на ыходное напряжение и это влияние будет сильно ослаблено отношением А„е,/Асм (т.
е. коэффициентом ослаблениЯ сннфаз'о"о сигнала). В большинстве случаев КОСС будет таким, что р -чески не будет ощущаться влияние синфазной составля",,лцей сигнала. Например, для КОСС 100 дБ коэффициент, соот~тву1ощий синфазному сигналу, будет в 100 000 раз меньше ффициента для дифференциального сигнала. После умножения обеих частей на (/(, + Р,)Я, получим оо 1(Л~ + Ко)/Й, + Аом + Асм/2) = = Аеее(с1 — се) Ре/Рг + Асее(се+ ое) йо/2йм (538) Глони б 5ЛО. Входное сопротивление Идеальный ОУ имеет бесконечное входное сопротивление и вто означает, что « входу ОУ можно подключить источник сигна„" с любым внутренним сопротивлением и это не приведет к потер и сигнала, связанным с высоким внутренним сопротивлением исто„ ника.
Любой реальный ОУ имеет конечное входное сопротивлени которое в ряде случаев может сильно ухудшать работу схемы 1 ! ~п а Ряс, 5.24. о — вквивилевтнаи схема дяя аваивэа входного сопротивлении~ б — оценка влияния Ерм. Для анализа влияния 2, воспользуемся схемой на рис. 5,24, а. Входное сопротивление 2, представим в виде комбинации диффе. ренциального входного сопротивления 2 и и синфозного входного сопршпивления Есм (оба сопротивления комплексные). Оценим влияние дифференциального входного сопротивления 2 и при замкнутой петле обратной связи по схеме на рис. 5.24, б. Переменный ток )„втекающий через неинвертирующий вход можно записать в виде сотлоь о "оьрйоь т'.
= оЫЕрит = Ерм Ерм Решая относительно входного сопротивления петли обратной связи, получим (5.42) Харантериетини и применение ОУ Таким образом, входное сопротивление при замккутой петле об„атной связи увеличится относительно Япм в Аоь/Апь раз сравнению с входным сопротивлением при разомкнутой петле обратной связи.
Это снова свидетельствует о существенном улуч,иении параметров схемы при использовании обратной связи. Вше раз отметим, что входное сопротивление увеличивается во столько же раз, во сколько раз уменьшается коэффициент уси. пения схемы при переходе от разомкнутой к замкнутой обратной связи. яр рнс. 5.25, Пример схемы для определении входного сопротивления. г,<„, -г =1 ГОм!!>О пэ'. Сопротивление Лпм при разомкнутой обратной связи может принимать значения от 100 кОм до нескольких гигаом (!О') у ОУ с 5!ОП-транзисторами на входе. Такие большие Епм в сочетании с большим отношением Ао„,<Ааь даст в результате очень большое 2,<сс>, а такое входное дифференциальное сопротивление практически не нагружает источник сигнала, поэтому в дальнейшем им можно пренебречь. Рассмотрим влияние сипфазного входного сопротивления, Усм, используя схему на рис.
5.24, а. При больших значениях коэффициента усиления без обратной связи падение напряжения пс на Лпм бУдет таким незначительным, что током чеРез Упм можно пренебречь. Следовательно, сигнальный ток с', будет течь только "срез 2см и для него можно записать с', = им<Лом. Тогда входное сопротивление при замкнутой обратной связи равно Ус <сы п»сс» асяс. Величина Япм обь>чно лежит в диапазоне от нескольких мегаом до !00 ГОм (1О" Ом) у МОП-ОУ с параллельной входной емкостью порядка 3 — 10 п<Р. Полное входное сопротивление с обратной связью с учетом иак дплс, так и 7пхс равно сопротивлению параллельной комби'а"ин 2слс и (Апд/Апь) Епдс Хотя Ясм много больше Ерм, множитель Ао /Асс Увеличивает значение 7рм во столько Раз пес Равнению с Лсм, что полное входное сопРотивление с обРатной ~вязью будет примерно равно Есхь т.
е. Ес<ссл ж ~ем Рассмо дпя опенки влияния входного сопротивления на работу ОУ ~~~трим схему повторителя на рис, 5,25. Предположим, что эффициент усиления без обратной связи достаточно велик и что 314 Глава В входное сопротивление Зим равно ! ГОм параллельно с емкое „, 1О пФ. Внутреннее сопротивление источника сигнала выбе равным 50 МОм. В этом случае на низких частотах внутренн, сопротивление источника 50 МОм и входное сопротивление петли обратной связи 1000 МОм образуют обычный резистнвный дел„„ тель напряжения с коэффициентом деления 1000/(1000 + 50) = 1000/1050 =- 0,952. Следовательно, коэффициент усиления этой схемы на низких частотах будет оо/о, = 0,925.
На высоких частотах входное сопротивление ОУ будет пренму. шествснпо емкостным, например для частоты 10 кГц можно записать; . 2«сс1 = 2< = 1//ыС< = 1/(/ (2п!О кГц) 10 пФ) = — !1,59 МОм. (5,43) Коэффициент усиления па 10 кГп будет, следовательно, "о — 1!,ВЭМОч . 1,59 в воь10м — 11,5УМОм 1 вв / 0,03!8 = 0,0318.л— — 90' (5.44) Этот результат показывает, как сильно ослабляется сигнал входной емкостью ОУ С, в сочетании с высоким внутренним сопро. тивлением источника /тв.
Действительно, ведь /тв и С, можно рассматривать как простейший низкочастотный /<С-фильтр с по. гтояпной времени * = (50(!!000) МОм 1О пФ ж 500 мкс и частотой среза, или полосой пропускания, всего В)У< ж 1/(2п500 мкс) = =- 318 Гц 5.11. Выходное сопротивление Идеальный ОУ работает как источник напряжения Аоьа< с нулевым выходным сопротивлением. В этом случае выходное напряжение полностью определяется самим Оу и не будет зависеть от сопротивления нагрузки 2 . Любой реальный ОУ име~~ конечное выходное сопротивление (отличное от нуля), поэтому выходное напряжение и, следовательно, коэффициент усиления с обратной связью зависят от сопротивления нагрузки.
Для анализа влияния ненулевого выходного сопротивления на работу ОУ используем эквивалентную схему, представленну<о на рис 5.26. Выходное сопротивление ОУ Ео и сопротивление нагрузки 3 образуют делитель напряжения с коэффициенто~ ь но деления 7ь/(Ло + Лс), поэтому для выходного напряжения можа записать по = А пап<Ха/(3с + Хо) = Ао<п< Хирикп<ериепсссксс и применение О и где Аоь = АоьЛь/(А. + ьо) Теперь запишем выражение для ыходного напряжения через напряжение сигнала о,с <+ 0 /сч < + (< + тес~с!/Ась (5.45) с<з Рнс, 5.26. Эквивалентная схема лля анализа вмхолного сонротнвлення с обратной связью, ЧО ! (5.46) где го <сь, = Ло Ась/Ась (5.49) есть Посл выходное сопротивление прсс зал<янус<той обратной связи.
ослелний результат показывает, что реальный коэффициент ле"ия делителя напряжения на Еь и Ло при замкнутой петле Ратной связи равен Ль/(Уь + Ло <сь>), а это означает, что атьным выходным сопротивлением будет Яо <сь> С учетом того, что 1 + )?з//?х = Ас,, получим Арьев сь з <+А /А' <+(А (ь +ее)/А ь) Ась'ьв. Еь + (Асс /Ась) (вь + Ко) Это выражение можно переписать в виде гь оо = Ась<, (5,4?) * ха+ (Ась/Ась) Хь+("сь/'оь) хо ' ~ Учетом того, что Ась/Ась (< 1, можно записать пРиближенное Равенство зь Ль оо Лсььззх +, ! ',! К вЂ” — Асьозх +р з (5.48) ь+ < сь/ оь) о -о <сь> 3!6 Глава ь Выходное сопротивление ОУ без обратной связи обычно рави по порядку величины 10 — 10' Ом, но в связи с тем, что А правило, много меньше Ась, выходное сопротивление при за»п<н, той обратной связи может быть очень маленьким, порядка н .
скольких мнллиом и менее. Вновь обратим вш<манне на то, „ во сколько раз улучшаются параметры схемы (в данном едуча уменьшается выходное сопротивленяе), во столько же раз умень. шается коэффициент усиления при замыкании петли обратной связи. 5.!2. Рассеиваемая мощность и ограничение по току Любое электронное устройство имеет ограничение, связанное с максимальной рассеиваемой мощностью, Р«<млх> Если рассеиваемая мощность превышает Р«<м*х>, то дальнейшее увеличение температуры может привести к необратимым изменениям в уст. ройстве, которые являются следствием превышения максимально допустимой температуры корпуса.
Т~ <млх> Для ОУ в пластмассовом корпусе типа О(Р максимальная рассеиваемая мощность Р«<л<лх>лежит в пределах от 500 ло 750 мВт. Для других корпусов Р, <млх> может достигать > Вт. В некоторых ИС с радиатором для более эффективного отвода тепла (либо контактным способом либо конвекпией воздуха) максимальная рассеиваемая мощность может достигать !О Вт.
У большинства ОУ выходной ток ограничен до некоторой «безопасной» величины схемой ограничения, поэтому рассеиваемая мощность никогда не превысит максимальной величины даже при коротком замыкании, Рассмотрим схему ОУ на рис. 5.27, а. Максимальная рассеиваемая мощность имеет место при максимальном напряжении питания и сопротивлении нагрузки //ш равном нулю (короткое замыкание). В этом случае падение напряжения на выходном каскаде ОУ равно напряжению питания «' (или !/ ), а рассеиваемая мощность ОУ Рв = У'/о + + Р«<о>, где Р«<о, — ста>пииескан рассеиваемая мощность (мощ. ность при отсутствии тока в нагрузке).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
