Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Общий коэффициент усиления без обратной связи усилителя Равен Аос (О) = Ад, (О) Ав, (О) = 150 150 22 500, илв 8? дВ Это почти совпадает г номинальным значением 90 дБ. Таким об. разом, хотя для МОП-ОУ характерны низкие зпачеяия коэффи цнеята усиления по напряжению, пря использовании активной нагрузки можно получить достаточно большой коэффициент уся лепия ОУ без обратной связи даже прп двухкаскадной схеме ОУ Частота единичного усиления данной схемы ОУ определена уравнением /, = от/(2пСо), где д, — передаточная проводимость дифференциального усилители, а Со — корректирующая емкость, нли емкость обратной связи второго каскада. Подставив в это уравнение выражение для дл получим /„1ч/!2пСо м Х(Уон — (тг)) ПРедположим, что 1ч = 1знт — — 50 мкА, тогда, принимая Со = 16 пФ, найдем частоту единичного усиления /„= 0,80 МГц.
Соответствующая скорость нарастания выходного напряжения (сЬо/А/) = 40 мкА/16 пФ 2,5 В/мке> что согласуется с данными фирмы-изготовителя ИС. 6.4. ОУ Нортона В предыдущих разделах рассмотрепы ОУ, в которых для по. лучения выходного напряжения, пропорционального дифференциальной составляющей входного сигнала, используется входной каскад диффереяциального усилителя. В ОУ Нортона для получения выходного напряжения, пропорциональпого разности Рис. 6.25.
Схемиое обозначение усилители Нортона. между двумя входными напряжецяями, введена схема токового зеркала. Такой способ реалязацяя схемы ОУ ведет к множествУ интересных технических решений, а схема усилителя Нортона такова, что оя может работать от одиночного источника питания. Кроме того, пря использовании резисторов с большим сопротив левием, подключенных последовательно к двум входам, можно получить очень большой диапазон входных напряжений. Обозпачеяие ОУ Нортона па схемах показано яа рис.
6 25. На ряс. 6.26 приведена схема усилителя Нортона (.МЗ900 (фир"з А'и!/опа! $ет/соти/ис!ог). ОУ (.М3900 — счетверенный, может Ра ботать от одиночного источника пятання е напряжением от 4 до Проектирование схем Осе 6 В. Он имеет внутреннюю частотную коррекцию (конденсатор р С,) и обеспечивает частоту единичного усиления 2,5 МГц.
В ОУ ЕМ3900 транзисторы Г)с и Яа образуют схему токового зеркала, и если пренебречь базовыми токами, то 7с, —— Р. Следо- гельно, ток базы транзистора Яа равен разности двух входных токов, т. е )в, = ) — )с, = 1 — 1' нв, 1 Рнс, 6.26. Функциональная схема усилителя Нортона ЬМ3900 (фирма )хасеоиас ЗеоисоииисГог). Усилитель имеет единственный каскад усиления на транзисторе 1)„который включен по схеме с общим эмиттером. Транзисторы Яь и Яа обРазУют составной РаР— пдп-эмиттеРный повтоРи. тель, который необходим для согласования выходного сопротивления схемы с сопротивлением нагрузки.
Большое отношение сопротивлений, обеспечиваемое этой схемой составного каскада эмиттериого повторителя, позволяет получить очень большой коэфФициент усиления по напряжению каскада усиления на 1)а. Источник тока )н (1,3 мЛ) обеспечивает протекание тока из нагрузки в схему, поэтому усилитель может быть как источнп"Ом, так и потребителем тока нагрузки. В условиях большого сигнала начинает откРыватьсЯ тРанзистоР с)о котоРый включен "ля повышения нагрузочной способности схемы при отрицатель"Ои полуволие выходного напряжения. Глава а Проведем упрошенный расчет коэффициента усиления по на. пряжению, предположив, что мннимальпыйг коэффициент пере дачи по току лрм-транзисторов ~) = 50 Кроме того, будем счп.
тать, что коэффициент усиления выходного каскада эмиттерного повторителя Дь — (1в близок к единице. Коэффициент усиления каскада на транзисторе с1з равен А» = — огя Рс, где Ис — эквн валентное сопротивление нагрузки Йг. = )зь()„йс. Передаточная проводимость Яз определяется выражением Я = 1 ~)' = 1 7)'„= 1 1() У = 200 мгсЛЯ )г' .
(6.96) Таким образом, для коэффициента усиления по напряжению можно записать 200 мнЛ Аг,= — д„Их=в рвггг ()ьг)вйс = 8 мСм ()в)ть 200 мяЛ Рвйг 25 мн (6.97) При сопротивлении нагрузки 17ь = 10 кОм коэффициент усиле- ния принимает значение Аг = — 8 мСм 50 (минимум) 1О кОм = = 4000 (минимум) = 70 дБ (минимум, что близко к значению, указанному фирмой, выпускающей ИС). 6.4.1. Анализ ОУ Норгнона с обралгной связью. Обобщенный анализ коэффициента усиления с обратной связью ОУ Нортона проведем иа основе схемы рнс.
6.27 с учетом схемы на рис. 6.26, ч, и е чо ч, Рггс. 6,27. Схема для анализа иоэфйгггаггента усиления с оа ратной связью усилителя Нор тона. ч, Уровни напряжения на обоих входах усилителя равны падению напряжения на переходах база — эмиттер (1' ж 0,6 В), ПРи замыкании цепи обратной связи вследствие очень большого коэф фициента усиления схемы входные токи будут практически равнин т. е. 1+ = 1 .
Зго аналогично обычному Оу, работающему в ре жиме с обратной связью, в котором напряжения на двух вход~ . одах практически одинаковы. Проектирование схем Охг Ток через резистор )т„равен )и (ӄ— Уни)Ям, где Ф = 1 2, 3, .... Для упрошения уравнений определим Ул как Уи = у„— У „. Для узла 1 имеем У!61, 1 36г ~ У565 = 1 ю (6.98) а для узла 2 Уобе + Уз6т + У(6е + Ув6в — — ! . (6.99) Поскольку !' = 1, получим 1 о6е = 1',6, + 1'збз + т'в6з — (Узбз + Ув64+ Увбв) (6.100) Переходя от проводимостей к сопротивлениям, получим Уо = У()реей + УЛргйз+ Уьйр~йз— УЖИ% Уегтргете УЯрг~етв' (6.102) Минимальный входной сигнал должен быть таким, чтобы напряжение на входах усилителя не опускалось ниже минимального значения У„а ж 0,6 В. Для нормальной работы ОУ Нор- ие и Рис.
6,28. Инвертирую. иена усилитель лли обработки сигналов иере. венного тока. У, тона 1.М3900 входные токи е" и 7 не должны превышать 6 мА. Поэтому единственное условие, которое накладывается на максимальный входной сигнал, заключается в том, чтобы ни один из ~ходных токов не превысил 6 мА.
Следовательно, выбирая разумно большие сопротивления входных резисторов, на основе данной схемы можно обрабатывать очень большие входные напряЖения. В качестве примера использования ОУ Нортона рассмотрим иивертирующий усилитель для обработки сигналов переменного тока (рие. 6.28). В этой схеме постоянное (начальное) напряжение иа выходе определяется формулой Уо ~ос) (У' — Увл) )Ь/2)Ь = (1" — Улв)/2 ж У+/2. (6,103) отсюда выражение для Уо можно записать в виде Уо = У16ьг6р+ Уз6з~6р+ + Узбзг'6р — Узбз,г6р — У46вг'6р — Увбв,гбр. (6.101) Следовагельно, уровень начального выходного напряжения рас.
положен примерно посередине между положительным напрях,е. вием питания и потенциалом «земли», что позволяет достичь мак. симально возможной амплитуды симметричных колебаний па. пряжения на выходе. Коэффициент усиления переменного на пряжепия равен Аг — — по/оз — — — !«»/И,. Сопротивление обычно лежит в диапазоне от 100 кОм до 10 МОм. МС340! (фирма Мо!ого!а) — счетверенный ОУ Нортона, рабо. тающий при одном напряжении питания. Его схема очень похожа на схему ОУ БМ3900 (рис. 6.26). Этот усилитель имеет коэфг) и циент усиления без обратной связи 60 дБ (минимум), 66 дБ (но» и.
иал), интегральный корректирующий конденсатор емкостью 3 пф, обеспечивающий частоту единичного усиления 5 МГц. Он можег работать от одного источника питания с напряжением от 5 до 16 В. 6.5. Одиночные, сдвоенные и счетверенные ОУ Выпускаются самые разнообразные ОУ с различными характер. ными особенностями; низкое напряжение смещения, низкий вход.
ной ток смещения, широкая полоса пропускання, большая ско. рость нарастания выходного напряжения и низкий шум. Рассмотренные в предыдущих разделах ОУ с полевыми транзисторами на входе обладают этими свойствами, Для нормальной работы большинства ОУ необходимо как поло. жпгельпое, так и отрицательное напряжение питания.
Однако есть ОУ, которые могут работать от одного положительного источника постоянного тока. Более того, одиночный источник питания может иметь напряжение всего +5 В, что очень удобно в ряде случаев, Другой тип — сдвоенные и счетверенные ОУ, которые очень удобны для многих приложений. Сдвоенный ОУ содержит дга электрически независимых ОУ на одном кристалле ИС, а счегверенный ОУ вЂ” четыре ОУ на олпом кристалле. Счетверенный ОУ может размещаться в 14-аыводном корпусе типа О!Р. В юоч случае входы и выходы четырех ОУ подсоединяют к отдельным выводам, а выводы питания и «землп» являются общими длп всех четырех ОУ. Поскольку входы, выходы, контакты «земли» и питания занимают все выводы дашюго корпуса, выводы уста нонки «нуля» и частотной коррекции усилителя отсутсгвукг В связи с тем что все четыре ОУ расположены на одном кра сталле кремния, они неизбежно оказывают некоторое влияние друг на друга; это влияние называют взаимодействием усплнг" лей.
Величина этого взаимодействия очень мала, обычно окп"о — !20 дБ Микросхемы серии 1.Л!!24, !.М224, !.Л!324 (фирма Л~а!йл"~ Яешйюпдпс!ог) — пример ИС, содержа~цей счетверенный ОУ, "" торий»южст работать только с одним напряжением питания пол" Проексаироеаное схем Оес жите аной полЯРности. Схема одного из этих Усилителей приведена на на рнс. 36.2. Усилитель может работать либо от одшючиого, ли о „бо от сдвоенного источника питания с напряжением от +3 В („ли +1,5 и — 1,5 В) до +30 В (или +15 и — 15 В). Это усилитель внутренней частотной коррекцией, имеющий частоту едннич„го усиления 1 МГц, скорость нарастания выходного напряже„„н 0,5 В/мкс и коэффициент усиления без обратной связи по по.оянному току 100 дБ. Взаимодействие усилителей очень мало, всего — 120 дБ Т1074, Т(.075 (фирма Талал /пл!сиспеп!з) — еще один интерес. яый пример счетверенного ОУ, который размещен в 14-выводном корпусе типа Р1Р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
