Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Как только напряжение на коллекторе!1;)тл начинает превышать уровень начального напряжения, и-канальный МОП-грин зистор 1)та открывается, а р-канальный МОП- транзистор Дз закрывается. В результате выходное напряжение уменьшится до отрицательного напряжения питания. И обратно, если напряжение на коллекторе !',)тг понигкается, р-канальный МОП-транзистор б)з открывается, а п-канальный МОП-транзистор 457 Проектнроеанае схем ОУ закр крывается. Это приведет к нарастанию выходного напряжения до и „оложительного напряжения питания Сопротивление затвор— исто ток выходных КМОП-транзисторов порядка 300 Ом, когда один из 3 тРанзисторов откРыт, так что пРи большом сопРотивлении па„„узки (;:= 1 МОм) выходное напряжение будет отличаться от наряжения питания (в обе стороны) всего на несколько миллиоа ~1 Заамнй чРнс, 6.22.
Схема каскодного источника тока на МОЛ-транзисторах, нсвсе~ь. ауеман н микросхеме СА3130 (фирма ттСА Сотрогаггон). вольт. Если же сопротивление нагрузки лежит в килоомном диапазоне, то амплитуда выходного напряжения будет, конечно, меньше. Коэффициент усиления такого выходного каскада на КМОП-транзисторах примерно равен 30. Некоторые характеристики СА3130 приведены в табл. 6.5 (при напряжении питания ь !5 В и температуре 25 'С).
На рис. 6.22 показана схема источника тока, который применен СА3!30, Транзистор Ях включен по диодной схеме и вместе транзистоРом 1~х обРазУет схемУ токового зеРкала. Тои "срез Ят устанавливается равным 100 мкА схемой, состоящей из сгабилитРона 2„ диодов с О, по 0„ и РезистоРа )ст сопРотивлеи"ем 40 кОм. В транзисторах !'!а †шнрвна канала в два раза 488 Г аяа ь" больше, чем в ()„поэтому и ток, протекающий через эти транзн стоРы, 6Удет в два Раза больше, чем ток чеРез Я„т. е 200 мкА Транзисторные пары 9,— 94 и !!з Оь включены по каскодн„; схеме, что обеспечивает низкую выходную проводимость обо„„ источников тока.
Это приводит к лучшему подавлению синфаз ного сигнала в каскаде диффеРенциального Усилнтела и боле высокому коэффициенту усиления второго каскада. В биполярных транзисторах напряжение базы не должно пре вышать напряжение коллектора, так как нз-за этого переход коллектор — база может оказаться смещенным в прямом паправ. ленни более чем на 0,5 В и транзистор попадет в область насыще. . ния.
Это ограниченне может несколько снизить диапазон входного напряжения ОУ с биполярными транзисторами на входе и воз. никнет необходимость применения сдвоенного источника пита ння. Напряжение затвора МОП-транзистора может превышать напряжение на стоке. В результате нижняя граница диапазона входного напряжения СА3130 может быть на 0,5 В ниже отрицательного напряжения питания. Это делает возможной работу данного усилителя с одиночным источником питания.
САЗ140. В качестве второго примера ОУ с МОП-транзисторами на входе рассмотрим усилитель СА3140 (фирма ЙСА). Упро. щенная функциональная схема усилителя приведена на рис. 6.23. Входной каскад выполнен в виде дифференциального усилителя на р-канальных МОП-транзисторах 9, и Ды, которые смещены источником тока 200 мкА, а нагрузкой его является схема токового зеркала, состоящая из транзисторов Ям и 1~м Резисторы Р, и И, (по 500 Ом) исполь' уются вместе с подключаемым извне к выводам ! и 5 потенциометром ( !О кОм) для балансировки дифференциального усилителя. Падение напряжения на й', и )с„равное !00 мкА 500 Ом = 50 мВ, обеспечивает регулировку напряжения смещения ОУ в пределах ~50 мВ.
Диоды О, и О, применены для защиты подзатвор ного окисла МОП-транзисторов. Коэффициент усиления по напряжению первого каскада прп. мерно равен 10; это относительно низкое значение является следствием низкой передаточной проводимости МОП-транзнстора (как уже указывалось вьпне).
Во втором каскаде используется транзистор ().а. включенный по схеме с общим эииттером, активной нагрузкой которого является источник тока 200 мкА. Конденсатор обратной связи второго каскада емкостью 12 пФ необходим для устойчивой рабо™ в режиме с обратной связью. Благодаря высокому динамическому сопротивлению активной нагрузки н высокому входному сопро тивленпю выходного каскада эмиттерного повторителя Дарлинг тона коэффициент усиления второго каскада составляет около 10 000.
Коэффициент усн.иения выходного каскада практи чески равен единице, поэтому общий коэффициент усиления ОУ б без Проектирование гкгм Оу братной связи Аоь (О) примерно равен 100 000, илн !00 дБ, Выходным каскадом является эмиттерный повторитель Дар- и гтопа, в котором транзисторы прп-типа Ям и Яге работают прн „ложительной полуволне выходного напряжения, а транэиор фее обеспечивает протекание тока из нагрузки в схему. Как Рис. 6.23.
ОУ с МОП-эконом ОАЗ!40 (фирма рсСА Согроганол). только ток, пРотекающий чеРез тРанзистоР 9гв, падает ниже 2 мА, транзистор ф,, начинает потреблять ток из нагрузки, разность и~жду двумя этими токами является током нагрузки ОУ. Если выходное напряжение падает ниже начального уровня напряженна покоЯ, МО!1-тРанзистоР Яег откРываетси. В РезУльтате тои начинает течь и через включенный по диодной схеме транзистор сг'„ который в данном случае (при открытом яее) в сочетании с щв образует схему токового зеркала. Таким образом, ток через Я „ а следовательно, и через О,, приведет к протеканию точно тако'о же тока через фге, причем этот ток в данном случае составляет основну1о часть выходного тока.
Основные характеристики САЗ140 представлены в табл. 6,6 для напряжения питания Оу +15 В и Т = 25'С. Глаза б Таблица б б ОУ СА3140 Малэчуи Номинал Макеииу„ Г!араиетр 8 1О 0,5 1,5 100 напряжение смещения Роз, иВ Входной ток смещении (и, пА Входной ток сдвига (он, пА Входное сопротивление, ТОм Коэффициент усилении без обратной связи, Аос (О] при ((с = 2 кОм, В(хгВ Коэффициент сслабленвя спнфаэгзго сигнала, дБ К~ эффициент ослабления нестабильности ис. точилка питания, дБ а(эстота елиннчного усилении („, МГц Схоросн нарастания выходного напряжения, В(э кс 15 50 ЗО 70 90 76 80 Счетверенный ОУ на КМОП-транзисторах.
Примером счетверенного ОУ, полностью состоящего из МОП-транзисторов, могкет служить ОУ МС)45?В (фнрма Мо(оеп!а). Упрощенная функцио- Ч' Уо ЧРис. 6.24. КХ(ОП Оу (упрощенная схема) А4О14573 фирмы Гно(аго(и хсглиэ~ с(иг(сг Реадшм (лс. ннльнан схема одного из ОУ показана на рис. 6.24. Транзисторы ((а и Яэ обйазУют Р канальный МОП-дцффеРенниальный Усилитель нпичем транзисторы ((э и да (схема токового зеркала) служат вк тнвной нагрузкой этого усилителя. Смешение дифференциал~" 46! Проектирование схем Оет ного усилителя производится также схемой токового зеркала (),) с начальным током 1ч, примерно равным /п ж 1 ет ж — У вЂ” ),0 В)//7зьт, где Рзст — подключаемый извне рези истор Второй (он же выходной) каскад содержнттранзистор 9„ вкл люченный по схеме с общим истоком, а транзистор Яв — источник тока — является его активной нагрузкой.
ОУ имеет коэффициент усиления без обратной связи, Ао (О), 90 дБ, коэффициент взаимодействия усилителей (или разнос каналов) равен — !00 дБ, входной ток смещения 1 нА (максимум), а ток сдвига 200 пА (максимум). При работе с /звт = 40 мкА скорость нарастания 2,5 В/мкс. Теперь проведем упрощенный расчет схемы этого ОУ по переменному току. Коэффициент усиления на низкой частоте первого каскада определяется выражением Ар, (О) = 2 стт/77„1 = 2 д)/ /(р + йо,). Передаточная проводимость дифференциального усилителя равна лт = (К1п/2) ы' = (/п/2) ()сов — )тт) а для выходных проводимостей 1',)7 и Я~ можно записать йо, = не,, —— = (/о/2) /)'А1р1 и до, = йее, = (1д/2)/(тл 1л, соответственно.
Следовательно, выражение для коэффициента усиления по напряжению имеет вид А, 0— т,()— ) о/(уае — )тт) з (1'аз — )ет) ( ч/ )(( / А (л))+( / А(р1)] /) А1л)+1/) А (р) (6.93) Для МС!4573 при /я ° 1знг — — 40 мкА величина )тон ю ж ! В. Принимая )/т = 0,5В и )7А „„= )тА 1р1 = 75 В, что вполнв реально, получим значение коэффициента усиления первого каскада Ат, (О) = !50.
Коэффициент усиления второго каскада дается формулой т, ( ) й)е,/)а1а1)7 ате,/(во, + Ио, + йь) (6.94) где д7., — передаточная проводимость Я„равная 2К ()тоз— 117) = 2/пз,/()тоз — )77) = 2/а/()тоз — (тт) Проводимость яо,— это выходная проводимость ят„определяемая выражением яо, = = йвв, /ПЗ,/(ГА,„7 = 1О/)тл 1,), а дп, — ВЫХОдНая ПрОВОдИ. МОСтЬ аКтИВНОй НаГРУЗКИ (ИСТОЧНИК тОКа) На тРаиэнетОРЕ 1',)ве ко = две, = 1пэ,/УА 7 = /л/)7А<р). Проводимость пс соответствует проводимости нагрузки, йа которую работает этот Оу. " дальнейших расчетах предполагается, что яь = О. Теперь получим выражение для коэффициента усиления второго каскада а виде А (0) з )о/(~оз - )тт) ) /(~ае — )тт) (6 95) )и/) А (л) + )ч/)тА 1р1 )/) А 1л! + 1/) А 1р) Глава б 4О2 Используя те же параметры схемы, что я пря расчете первого кас када, яайдем коэффициент усиления второго каскада, Ан (0) =- 150.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
