Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 85
Текст из файла (страница 85)
у 31. Описание схехга компаратора ЬМ139. Входной каскад „фференциального усилителя содержит транзисторы которые образугот дифференциальный усилитель Дарлингтона е. включены по схеме с общим эмнттером), Ток покоя каждого из транзисторов Яа и г,га равен 50 мкА, а транзисторов Ох и () и," не Иаегузочн резистор Рис, 7.8. Схема иомпаратора 1М!39 (фирма 7раполаГ БеллиоаЬстот), 3,5 мкА+ (50 мкА1()р„р). Отметим, что источник тока 3,5 мкА обеспечивает ток покоя транзисторов От и О, как минимум 3,5 мкА.
В результате, коэффиииент передачи по току этих транзисторов Р и динамическая передаточная проводимость д всегда поддерживаются достаточно высокими. Транзисторы 9л и Яе образуют схему токового зеркала, которая используется в качестве нагрузки первого каскада. Второй "аскад УсилениЯ на тРанзистоРе От выполнен по схеме с общим эмнт 100 м А. нттером и имеет в качестве активной нагрузки источник тока де ж мкА. Третий каскад усиления, он же выходной каскад со- Ржит тРанзистоР е7е, котоРый также включен по схеме с общим эмиттеРом, Отметим, что Ое имеет откРытый коллектоР, поэтомУ обычно п "Ри работе с этим компаратором к выходу (т.
е. коллектору О ) е Рез исто но подключают нагрузочный резистор, другим выводом этот ния, в стор подсоединяют к источнику положительного напряжетельное ~ в качестве которого могкпо использовать, например. положительно, ое напряжение питания компаратора, хотя это и не обяза- 18 .4 с.
Глааа 7 Данный компаратор обычно работает без обратной связи Вследствие очень высокого коэффициента усиления без обратной связи транзисторы второго и третьего каскадов усиления почт„ всегда находятся либо в режиме отсечки, либо в режиме иас . щения, очень быстро переходя из одного режима в другой через активную область. Если напряжение на инвертирующем входе выше, чем на не. инвертирующем, то ток в базу транзистора (~, течь не будет, еле. довательно, н коллекторный ток ф будет равен нулю.
В этом слу. чае весь ток 1о, (!00 мкА) начинает протекать через базу выход. ного транзистора Я,, Этот транзистор открывается и начинает ра. ботать либо в активном режиме, либо в режиме насыщения. Если коллектор 9, подключить к положительному напряжг нию питания У+ через нагрузочный резистор Иш то ток насыщения будет определяться выражением 1с (злт) ~ (У вЂ” Усе (5Атф)7ь У 1Йь (7 4) Ыв, = Ыс, — А1с,= Л1с, — Л(с,- — Ыс, — Л1с, — "й ЬУ„ (7.5) Если р 100 мкА) 1с<зхтп то транзистор (1з находится в режиме насыщения с 1с = 1с ~зать Зго обычный режим работы. Однако если р (00 мкА < 1с <злтп тоЯв будет в активном режиме с 1с = и 100 мкА.
Если транзистор Я, в насыщении, то входное напряжение равна Уо = Уса, = Уса <злть Следовательно, низкий уровень выходного напряжения близок к потенциалу «земли». Если же с(8 не насыщен, то выходное напряжение равно Уо = Усе, = У' — 1с)7с = У' — (й 100 мкА) 17ь и, таким образом, зависит от коэффициента передачи по току траизн. егора 0в Если входное напряжение на инвертирующем входе меньше„ чем на неннвертнрующем, то ток через Ц„ а следовательно, и через Я, и 9„ будет меньше тока через Цз. Разность между 1с, и 1с, (ж 1с, ж 1с,) равна базовому току транзистора 9г. Если длЯ базового тока выполнЯетсЯ Условие ()т1з, ) 100 мкА, то тРаи- зистоР (1г находитсЯ в Режиме насыщенна„а С1„— в Режиме отсечки, а выходное напряжение равно Уо — — Ус, ж У'.
Таким образом, высокий уровень выходного напряжения практически ра. вен У'. Для переключения компаратора из низкого состояния в высо. кое необходимо, чтобы базовый ток транзистора 9, изменился ~"~ 1в, = О, что соответствует отсечке Яг и насыщению Ь, до 1ж = = )00 мкА/р, что соответствуег насыщению ~, и отсечке ()в менение 1а, в зависимости от изменения входного напряженая определяется выражением 7Гамиараторм налрянеяаа 487 динамическая передаточная проводимость дифференгде а! „иалй1ого усилителя, которая в данном случае примерно равна у! Я = 7ч/4Ут, Козффициент УсилениЯ по напРЯжению вмиттеР- ного „о повторителя на транзисторах 1,"!, и 9а близок к единице, по- скол ьку источники тока 3,5 мкА обеспечивают дополнительное ещение этих транзисторов. А Рис, 7Я, Передаточная характерксткка камйаратора Уо (У4), Теперь можно записать выражение й(в, = 100 мкА$! = 2д! ЬУ< йУ410!2Чта, ()ГД) откуда 100 чкА!Р, 100 мкА!Рр ю,а~, шо ол~а .а Это изменение входного напряжения, которое необходимо для переключения компара1ора из низкого состояния (Уо = Уса<акт! 0,1 В) в высокое (Уо ж У').
Например, при 11 = 50 (минимум), ! 00 (номинал) имеем ЛУ! = 50 мВДЗ, = 1,0 мВ (максимум), 0,5 мВ (номинал). Передаточнаа хаРактеРистика Уо (У,) этого компаРатоРа пРиведена на Рис, 7.5. НапРЯ>кенне смещении Уоз — это напРЯже- которое необходимо подать на вход, чтобы выходное напряжение приняло среднее значение между высоким и низким уров- илп примерно Ъ' 2. Сопротивление нагрузки должно быть таким, чтобы при низком уровне выходного напряжения транзистор (), оставался в на- 16* Глава 7 сыщении, т.
е. ра ° 100 мкА»?с!алт1 ж )т+Ис, откуда условие, накладываемое иа сопротивление нагрузки, принимает вид !р = )г'/фв 100 мкА). Например, при ра = 50 (миннмум), 100 (н, минал) имеем !ть = )г'?()„° 100 мкА = 1,0 кОм (максимум) 500 Ом (номинал) прн напряжении питания )т' 5,0 В, Если нижнюю часть схемы компаратора подсоединить не к ну. левому, а к отрицательному напряжению питания, то низкий уро. вень выходного напряжения сместится вниз на величину о ч мчи о й .; юо ча й Х о оо то го го Оввмв, мвв а о од з то г Влемя,мвв б рнс. 7.7, Время срабатывания компаратора напряжения 1.М139 ррнрма Иатюлаг овЖсолаистог) при различных входных напряжениях переключения: а — ха.
рактеристика выключения; б — характеристика включения. т. е. станет равным )' + (тсп~алт~ ям р'". В результате низкий уровень выходного напряжения будет примерно равен )т, а вы. сокнй уровень — примерно )т'. Если зти два напряжения одина- новы по модулю, то характеристика переключения будет симметричной, т. е. высокий и низкий уровни выходного напряжения будут одинаково удалены ст потенциала «земли» На рис.?.?, а приведены графики времени выключения компа. ратора (перехода из высокого состояния в низкое), а на рис.
?.?, бграфики времени включения (перехода из низкого состояния в высокое). Напряжение питания -!-5 В, а сопротивление нагрузки 5,1 кОм. Графики приведены при входных напряжениях переключения 5, 20 и 100 мВ. При выключении входное напряжение изменяется от — 100 мВ до значениЯ чУть выше нУлевого потенциала )типо = О, Равного чувствительности компаратора. Таким образом, при чувствитель ности компаратора 20 мВ входное напряжение изменяется от — 100 мВ до +20 мВ, При включении входное напряжение изме" няется от +100 мВ до напряжения, которое ниже потенциала «земли» на величину напряжения чувствительности.
Камларааюрм нааряжения Входное напряжение, необходимое для переключения компаратора ч а (чувствительность) должно быть равно по крайней мере максимал мально возможному входному напряжению смещения (5 мВ для ко компаратора (.М139). Увеличение напряжения переключения прин риводит к сокращению времени срабатывания, однако увеличенапряжения переключения выше 50 мВ совсем незначительно улучшает время срабатывания. Из графикон времени срабатывания ).М!39 можно получить следующие значения (в наносекундах): Входное непряженне перенлючепня. мв Время нмнлючення Время янлючення 750 500 300 1375 700 575 5 ю 100 Зта таблица еще раз показывает, что при увеличении напряжения переключения быстродействие компаратора увеличивается.
Из нее также следует и то, что время включения заметно больше времени выключения. Зто обусловлено тем, что выходной транзистор ()я перед переключением находится в состоянии глубокого насыщения. Чтобы компаратор переключился, он сначала должен выйти из насыщения, затем пройти активный режим работы и, наконец, попасть в режим отсечки. При напряжении питания +5 В и сопротивлении нагрузки 5,1 кОМ ток через Яе в насыщении равен 1,0 МА, в то время как 5!в = !50 100 мкА = 15 МА, т. е.
Я, находится в глубоком нась1шепин. В этом случае из-за сильного смещения в прямом направлении перехода коллектор — база в транзисторе накапливается значительный объемный заряд. Время, необходимое для удаления этого избыточного заряда из транзистора (т. е. время рассасывания) и является причиной увеличенного времени срабатывания компаратора.
При выключении компаратора транзистор Яч должен перейти из Режима насыщении в режим отсечки. Однако время рассасываниа объемного заРЯда тРанзистоРа 1~о значительно меньше, чем у ч"ех поскольку ток насыщения !',1, Равен всего 100 мкА, а не 1,0 мА, как У (хя. Вследствие больших времен рассасывания объемного зар"да транзисторов ф и 1,"хн 1М139 в целом нельзя отнести к бы. стродействующим коыпаратор11м, выхо 11а Рис, 7.8 представлен график зависимости низкого уровня Мой ы"одного напряжения от выходного тока нагрузки, При токах сйее 15 МА выходное напряжение достаточно мало (менее 1 В).
В этом диапазоне транзистор находится в состоянии насыщенна поэтому можно записать н сн ~аат) = и са + Уаа + 1сгее' — О 6В+ О? В + 1сг,. = О, ! В + 1сг е, где г„— распределенное сопротивление коллектора (сопротивле. ние насыщения). Если 1с = )О мА, то !'о = )гса!алтг =* = 0,8 В, поэтому г„= (О,Я вЂ” О,!) В/)О мА = 70 Ом. Э м ф г г„.
екгс ь г,"ма агг т„.е'с м е,ег ", а,аег Рнс. 7 В Выходное нанряженне на° ег аг г м геа сынгення (.М!39 (фариа Иа(гона( ,1е, ггагачгднагг гпогг, м4 яепнсогн(ис(ог). Как только коллекторный ток 1с = 1о становится выше )5 мА, выходное напряжение очень быстро увеличивается, при этом транзистор выходит из состояния насыщения и начинает работать в активном режиме Поскольку этот переход происходит при токе 1с )5 мА и токе смещения 1а — — )00 мкА, можно сделать вывод, что коэффициент передачи по току р транзистора (,га равен (50. 7.4. Время рассасывания объемного заряда транзистора Основной фактор, ограничивающий быстродействие компаратора, — время рассасывания объемного заряда транзистора Рассмотрим факторы, оказывающие влияние на время рассасывани~.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
