Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 75
Текст из файла (страница 75)
В рас. сматрпваемой схеме ОУ (рис. 6.8) до = юго „. Поскольку юю ж ю, н ю, ж юв, можно записать юо = ю', — 1, — юю — 1,. Следовательно, для входного сипфазного напряжения о, <слп справедливы равен. ства ю< = д>,<см> о«см> и юэ = оп <ем>о< <ем>, поэтому юо ж ю< — (ю = (ду, <см> — д/, <см>) юч <см> до вою <ел<> (1< 12)/1а. Синфазное напряжение на выходе каскада дифференюхиальпого усилителя равно /ю — /, ео,„ оо, <см> = 1о <ам>/к<в< = — '" ою <гм> (646) /о к<о< а коэффициент усиления синфазного сигнала каскадом дифференциального усилителя определяется по формуле А>, <см> = оо, <сло/ою <см> = До„(1< — 1>)/(/о8<п<) (6 47) Теперь заметим, что усиление сиифазного сигнала во всех ка<кадах усилителя, кроме первого, такое же, как и усиление ди<('<)еренциального сигнала, поэтому можно сказать, что коэффициент ослабления синфазного сигнала определяется огношением коэффициента усиления дифференциального сигнала к коэффициенту усиления синфазного сигнала первого каскада усилителя, т е Агом/Авс = Ав ом /Ак,, м .
Учитывая, что Аг,,ою„= = 28>/8<„, получим за<'я~о< КОСС = Аг,олп/Аж <с„п як< (6.48) /ю)> >а) ко„' Обозначим через у( сумму дифференциального входного с»г нала и входного напряжения смещения, т, е. )>;- = Р', + )'оэ тогда результнруююцие коллекторные токи будут соответствен» енно равны 1ю = 1а + юю1 и 1г = 1а — М, где 61 ж 8>р . Следова Праекеиоааание схем ОУ вЂ” 1, ж 2д~У;., Теперь выражение для коэффициента осла ле абления синфазного сигнала можно переписать в виде КОСС т (6А9) (ЗЯБ!!о) Со„со„у; Выходная проводимость исзочнпка тока на транзисторе 9м равна ко )о!УА! 1 + 1п (!12(!о)Ь (6.50) где у, — напряжение Эрли. Подставляя формулу (6.50) в выражение для КОСС, получим Рассмотрим пример.
Пусть Ул = 200 В, !„1,0 мА, !ч —— 25 мкА, У) —— 1,0 мВ. В этом случае получим КОСС ж ж (200 В!1,О мВ) (4,69) = 938 000, или 119 дБ. Реальное значение КОСС может быть существенно ниже из-за несбалансированности элементов в схеме и наличия паразитных емкостей, особенно иа высоких частотах. 6.2.В, Коэффициент ослабления нестабильности источника литания. Коэффициент ослабления нестабильности источника питания (КОНИП) — это отношение изменения входного напряжения смещения к вызвавшему его изменению напряжения питания; обычно он выражается в децибелах.
Анализируя схему ОУ, можно видеть, что изменение напряжения питания может влиять на напряжение смещения различными путями. Во-первых, изменение напряжения питания "риведет к изменению тока через ф.„вследствие чего изменится ток покоя )ч, что в свою очередь вызовет изменение напряжения смещения. Это вносит наибольший вклад в КОНИП. Во-вторых, влияние па КОНИП, хотя и меньшее, оказывает "эменение !ч, связанное с изменением падения напряжения па источнике тока, выполненного на Ям и )!,. И наконец, в-третьих, це меньшее влияние оказывает на КОНИП ток через 1',!э, измеяеци еняямн которого обусловлено падение напряжения на транзисГоре г), ляю С"ачала проанализируем первую, наиболее важную состава ющую КОНИП, связанную с изменением тока !ин возникающего к изме за флуктуаций напряжения питания и приводящего в итоге тока менеяню э ока ! .
Выше для рассматриваемого здесь источника ч. было получено соотношение В1„(!о = п(Уа)Уэ)!11 + 1п(!м, ! )1. (6.52) Глааа а г(У)/У[ = — г[/д//д — — ( — Л~з/Уа)/[1 + !п (/и//д)[. (6 53) Коэффициент ослабления нестабильности источника питания г(Уоз/ЙУз = с[У[/ИУз задается выражением КОНЕ[П= д'ОЯ [= ' ! КОНР[П=~ „[=,, „„) . (6.54) Как и в предыдущем примере, примем 1„= [,0 мА, /д— = 25 мкА, Уз = ~ [5 В, а У; примем равным [,0 мВ. Тогда получим КОНИП = ([,0 мВ/[5 В)/(! + )и 40) = 7 ° [О ', что соответствует — 97 дБ.
Изменение падения напряжения на ~/„также будет приводить к изменению 1д и вносить вклад в КОЙИП. Для оценки этого вклада заметим, что изменение 1д в результате изменения падеяня напряжения на (/„и /7, задается выражением "[/д ао ~ Уа /д г/Уа/УА [! + [и (112//д)] Изменение У[, необходимое для компенсации изменения 1д, как и выше, опРеделЯетсЯ Равенством г[У;/У; = Нд//д, поэтомУ можно записать и [/У) г//д/1 д ( г(Уз/У д) l[ ! + !п (1 и//д)[, (6 55) Следовательно, соответствующая составляющая КОНИП запя.
сывается в виде КО[!ИП = [с(У/с(Уа[= !У[/У„)/[! + [п(1„/1д)!. (656) Используя данные из приведенного выше примера и предполагая У„= 200 В, получим КОНИП ([,0 мВ/200 В)/(! + )и 40) = [/9,4 [У. (6 57) Из формулы (6.57) следует, что рассматриваемая составляюща" КОНИП по отношению к суммарному значению КОНИП оче"" мала и наибольший вклад вносит изменение /нд обУсловлеи' спиде изменением напряжения питания.
Выходной ток каскада дифференциального усилителя 1о опре. деляется выражением 1о = 1ч — 1 ж 1~ — 1з 2х!У;, где У;— = У, + Уда. Поскольку 6", =!д/4Уг, выражение для 1о можно переписать в виде 1о = (/д/2Уг) У;. Требуемое изменение необходимое для предотвращения изменения /д, связанного с изменением /д, определяется соотношением оУ;/У[ = — Ид/1, Следовательно, можно записать Проекпшрованае схем ОУ ~в ЛУ ' Лу 1 /2у„.
(6. 60) В результате получим ЛУое/о/2Уг - Л/з/Рв(1, = (/п/У„) ЛУз/()66,. (6.6!) решая уравнение (6.6!) относительно ЛУз/ЛУоа, получим 1/КОНИП = ЛУз/ЛУоа Ух Мор7)/2Уг = = 1/и фф,)/50 мВ. (6.62) Например, если снова выбрать Уо = 200 В н принять р, = 50 (минимум), то получим 1/КОНИП = (200 В/50 мВ) (50 50) 4,10з к 2 5.10', 1,10' (6 63) откуда следует, что зтот вклад в суммарное значение КОН ИП будет совсем невелик, Если проанализировать влияние изменения напряжения на (~ы н Й, на напряжение смещения, то мы придем практически к тем же результатам, что и при анализе, связанном с (),. Таким образом, основной вклад в КОНИП обусловлен изменением 1м и, следовательно, 1„ (= 1ч), вызванным изменением напряжения питания.
б 2 9. Анализ частотной характеристики. Для анализа частотной характеристики схемы на рис, 6.8 рассмотрим эквивалентную схему (рнс. 6,14). Конденсатор Со, представляет собой па а р ллельное соединение всех емкостей между узлом С вЂ” С,— В И чзе е а а емлей». Конденсатор Со, — зто суммарная емкость между узло С и С~ — ф— „— В„и «землейа. впишем уравнение узловых потенциалов для входного узла прото каскада (узел Са — С,— Во); (Уо — У„) (/мСе) = 2я~п, + У~~ (/ыСр,). (6,64) у перь рассмотрим вклад в КОНИП, связанный с изменением а ч~рез ф. Это изменение тока Л1, обусловлено изменением тока че напри> п„я>кения питания, ЛУз, и определяется выражением Л/7 = йо, ЛУз = Дгм, ЛУз —— ЛУе1,/Ух —— ЛУз!о/Уо, (6.58) где ӄ— напряжение Эрли транзистора Я,, Соответствующее язменеиие 1а„требуемое для компенсации изменения тока через л вызванного изменением напряжения питания, равно ."о Л11ае Л17/66))7' (6.59) /1ля такого изменениЯ 1а, необходимо изменение напРЯжениЯ смеШения Гласа Л )со = — Аг,(т,„поэтому Рц = — Ро/Ая,.
!!одставляя эту ~)юр. мулу в (6.64) и выполняя соответствующие преобразования 3 получим Аоь = "о/('~ /таСя(1 + 1/Ае,) + /таСо /Аяе 2д,//со С, 1 + (1/Ага) + (Сот/Сл),'А се (6 66) Поскольку для частоты единичного усиления (экстраполцрован« ное значение) справедливо равенство 2дт/ет„Ср ея 1, можно запи, че яд,ь ! со, 1 !)ер//ьгйниеиад (ди(е4оереиц ааль", ный усилиргель) , '.
Отарой наение(аь и Р~) 1 3 Рис. 6.14. Эквивалентная схема Оу лля анализа частотной характерястахя сать «т, = 2д,/Сю после чего выражение для коэффициента уси ления по напряжению прииимаег вид Аоьсае1!еа /а/11 (6,67) 1+1(!+Со /Сн)/Ас, ! 1+1(1+ Со /Сл)тАг ) Это уравнение показываег, что пока коэффициент усиленна я яо нацРЯжснцю втоРого каскада, Аг„больше едцницы, члшо ~ ная характери«тика второго каскада не оказывая~ сущестасне ,нного с,,„,ко влияния на общую частотную характеристику усилителя. Одн' )'о~/соСя(1 + 1/Ая,) + 1саСа,/АяД = 2К,)т~ (6.65) Следовательно, коэффициент усиления без обратной связи, Аоь = (ло/)ло равен Проехо7ировомие схем ОУ Обозначим /2 = /2/(1 + Со,/Ср) и перепишем выражение (6.70) в форме '~оь (/и!!/)/11 + 1(///2)]' (6.71) Ллн обеспечения запаса по фазе не менее 45' необходимо, чтобы ]'1 с~ «~ 1 ~7ри / = /мм.
Анализ уравнения (6.7!) показывает, "'о три / = /2 запас по фазе Аос равен — 135', т. е. /~26 = /2. В~~ичина Ао7 на частоте / = /,72 = /2 определяется выражением ] А..(/=/7)] = (/.М/]1+ /(1)! =/о/У 2Б (672) аким образом, чтобы ]Ао„] «< 1 при / = /~22, должно выпол- и"ться условие /„/(17 2/2) .~ 1, при /, ««17 2/2„или с использо. 'вием циклической частоты 67„С 17 267., Выше было показано, что 67„ = А!/Ср, теперь, учитывая, „ " и7 — динамическая передаточная проводимость первого (диф- ферен и , "„р циальпый усилитель) каскада равна !и/4]/т, получим (!ч/217т)/Ср, Для 67~ имеем в! /Сое 1+ Со,/Ср 1+ С,,/Ср * (6,73) о условие не выполняется, то частотная характеристика если э второг „„о каскада должна приниматься во внимание.
!гоэффициент ле,17 Я по напРЯженню втоРого каскада на низких частотах досточио велик (т. е. Аг, (О) Ъ 1), обычно порядка 1000, поэтому частотный диапазон, в котором Ао, (О) ~ 1 -1- (Со,!Се), много ще частоты нервов точки излома второго каскада. В самом деле, в этом частотном диапазоне выражение для коэффициента сидения каскада можно записать в виде А„= — и 26 = — 67 /У, 2 16 7 7 16 7 7 = — к!6 7/(67 +!67Со2) — й',6 7//67Со2, (5,56) де ь776 7 динамическая передаточ~1ая проводимость составного вранзистора 11в — Я„определяемая формулой д76 7 — — !7/2]7т = !ч/2)77, так как ток покоя транзистора 1!7 равен !ч. Обозначая через /. частоту единичного усиления второго каскада, получим 67 /моСо, = 1, следовательно, для коэффициента усиления второго каскада (в интересующем нас диапазоне) можно записать Аг, — 67,//67 = /,!//.
(6.59) Теперь общий коэффициент усиления ОУ можно представить в виде Аост " . —, " . (6.70) 1+ 1(1-1-Сос/Ср)/!2/!!] 1+1!!(1+ Сов/Ср)/!2] ' 440 Глава а где д~, = /у/2Мг = 1о/2рт. Подставив этот результат в выр . жение, связывающее /„с /„ получим /и/2$'тС~ < Ь 2/о/2Рт)/!Со, (1 + Со,/Сг)1 (6.71) После сокращения /о и 2$'т выражение (6.?4) принимает вид 1/С„< у 2/(Со„(1 + Со,/Сг)), (6 75) откуда требуемая емкость обратной связи равна Сг ) (Со,/т/2) (1 + Со,/Сг) (6.76) Емкость Со, является параллельным соединением всех емкостеи между узлом С,— ф— „— В,„и «землей».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
