Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Аналоговые интегральные микросхемы специфичный вид (рис. 7.16). Если рассматривать зависимость логарифма коэффициента усиления как функцию логарифма частоты, то, начиная с некотоРой частоты /и наблюдаетсЯ линейное Уменьшение 18 К вплоть до частоты /ь на которой К= 1, а 18 К= О. Практически /~= 10 — 20 Гц,/, = 0,5-5 МГц. ~як /о Рис. 7.1В гз Скорость нарастания выходного напряжения о„характеризует быстродействие ОУ в режиме большого сигнала. Это скорость изменения выходного напряжения при подаче на вход ОУ ступенчатого напряжения. У обычных ОУ она составляет от 0,5 до 5 В/мкс, у быстродействующих достигает 50 В/мкс. Кроме указанных параметров в справочниках приводятся максимальные значения входного 1Гг и выходного Г/, напряжений, а также напряжение источника питания ~Е „, характеризующие амплитудные свойства ОУ (рис.
7.17). В справочниках также приводится величина потребляемого тока 1„и ряд других параметров. Рив. 7.17 Схемотехника ОУ В'состав'.ОУ входит несколько каскадов. Наиболее простое схемное решение имеет ОУ К140УД1 (рис. 7.18), изготовленный на кремневой пластине размером 1,1 х 1,1 мм и содержащий 9 транзисторов. Входной дифференциальный каскад З82 7.8. Операционные усилители выполнен на транзисторах УТ, н УТ„он питается от генератора стабильного тока на транзисторах УТд и УТ» Второй дифференциальный каскад выполнен на,транзисторах УТд и УТд. Схема сдвига потенциала образована транзистором.ЪТ„резистором Вд и генератором стабильного тока УТд. Выходной каск .на транзисторе УТ, представляет собой эмиттерный повторитель, охвачуийй неглубокой положительной обратной связью, компенсирующей ослаблййие сигнала схемой сдвига потенциала, Обратная связь осуществляется путем подачи части выходного сигнала на эмиттер УТд, который включен для этою сигнала по схеме с ОБ, и затем на базу эмиттерного повторителя Ъ'Тд.
Схема обеспечивает сравнительно невысокий коэффициент усиления Ко = 2 х 10', дает ослабление синфазного сигнала К, = 60 дБ и имеет невысокое входное сопротивление А = 4 кОм. +Ем.п Вход1 нонне Вход ннв. потенциала Рис. 7.1В Последующие разработки позволили улучшить параметры ОУ ценой усложнения схемы. Так, например, применение входного дифференциального каскада по каскадной схеме ОК вЂ” ОБ в ОУ К140УД7 позволило повысить входное сопротивление до 400 кОм при входном токе 200 нА, довести коэффициент усиления входного каскада до 300, повысить коэффициент ослабления синфазного сигнала до 70 дБ.
Второй каскад выполнен на составных транзисторах с динамической звг Глава 7. Аналоговые интегральные мик схемы нагрузкой и обеспечивает коэффициент усиления К„200. Выходной каскад выполнен по двухтактной схеме с защитой от перегрузки. В схеме К140УД8 во входном дифференциальном каскаде применены полевые транзисторы, что позволило снизить входной ток до 0,2 нА и получить К х = 70 дБ, Большинство современных ОУ строится по двухкаскздной схеме. Упрощенная схема такого ОУ показана на рис.
7.19. Первый усилительный каскад выполняется на транзисторах НТ, и НТ„питающихся от генератора стабильного тока 1ен Как правило, транзисторы в плечах ДК включаются по каскодной схеме ОК вЂ” ОБ или ОИ-03 с динамической нагрузкой, обеспечивающей получение однофазного (несимметричного) выхода. Обычно на выходе ДК ставится эммитерный повторитель, обеспечивающий передачу сигнала на вход второго каскада. В общей сложности число транзисторов, образующих первый ДК, достигает 13 (схема К140УД8) и более. Во многих случаях в первом каскаде предусматривается балансировка нуля выходного напряжения. Вхд Вх.2 Рис.
7.19 Второй усилительный каскад выполнен на транзисторе НТ, с динамической нагрузкой в виде генератора тока 1„. В каскаде предусматривается включение корректирующего конденсатора между коллектором и базой транзистора, благодаря чему возрастает входная емкость каскада и уменьшается усиление на высоких частотах, что исключает возможность возникновения самовозбуждения при охвате ОУ отрицательной обратной связью. В коллекторную цепь включены диоды смещения НР, и Н1)ь обеспечивающие нормальный режим работы выходного каскада, выполненного по двухгакгной схеме с защитой от перегрузок. Промышленностью выпускается большое разнообразие ОУ, которые делятся на две группы: общего применения и частного применения.
ОУ частного применения подразделяются на быстродействующие (обладают Н„= 50 — 75 В/мкс), прецизионные (обладают высоким К„= 10к, высоким К х = 120 дБ и малым (1,„= 1 мВ), звз 7.8. Операционные силители микромощные (питаются от источников питания Е„„= 23 В или 26 В и потребляют ток менее 1 мА), мощные (обеспечивают выходной ток до 1 А) и высоковольтные. Применение ОУ ОУ применяют в схемах с глубокой отрицательной обратной связью.
Вид выполняемых ОУ операций определяется внешними по отношению к ОУ элементами, От параметров самого ОУ зависит только точность выполняемых операций. Рассмотрим наиболее распространенные устройства на основе ОУ. Инвертирующий усилитель осуществляет усиление аналоговых сигналов с поворотом фазы на 180'. На рис. 7.20 представлена схема такого усилителя, а на рис. 7.21 — эквивалентная схема, на которой показано входное сопротивление ОУ Я, а усилительные свойства ОУ отражены генератором напряжения К„ььГ,„с внутренним сопротивлением 77,„„. рис.
7.21 Во входной цепи протекает переменный ток, действующее значение которого равно (7.18) Глава 7, Аналоговые инте альные мик осхемы Этот ток разветвляется на две ветви, то есть 11 12+1 1 Ток 1, определяется входным и выходным напряжениями: и,„-и. -и. 2 лвв2 К (7,19) Поскольку 11 = 12, то Я, йг Следовательно, коэффициент усиления схемы равен в в» 11, Я1 (7.20) Отсюда следует, что Кв определяется внешними резисторами Я1 и Яь Точность зависит от Я и Кв.
Значения Я,„и К„в современных ОУ достаточно велики, поэтому расчет по формуле (7.20) обеспечивает достаточно высокую практическую точность. Неннвертируюгяий усилитель осуществляет усиление электрических сигналов без поворота фазы. В схеме этого усилителя, показанной на рис. 7.22, а, сигнал подается на неинвертирующий вход, а напряжение обратной связи — на инвертирующий. Величина напряжения обратной связи равна А, в в»вк Напряжение на дифференциальном входе равно и,„. =Н,„-и., Принимая во внимание, что собственный коэффициент усиления ОУ достаточно высок, можно считать, что 11, О. Следовательно, 11 и 11», Тогда К„= — = 1+ —.
вв» ~2 Н,„Я, (7.21) Если Яг = О, то К„= 1, то есть схема превращается в повторитель напряжения с высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Логарифмируюгций усилитель получается в том случае, когда вместо резистора Аг в цепь обратной связи включают полупроводниковый диод (рис. 7.22, 6). При этом постоянный ток во входной цепи равен 7З.
Оле ционные усилители Постоянный ток через диод равен оо = гоехр .б Рис. 7.22 Принимая во внимание, что о, = ов нолучаем — = 7оехр — —" Отсюда и = -и,1п —, И эн» лУ о (7.22) То есть выходное постоянное напряжение пропорционально логарифму входно- го постоянного напряжения. Интегрирующий усилитель получается в том случае, когда вместо резистора Я, в цепь обратной связи включен конденсатор (рис. 7.23, а). При этом и,„(г) Я Так как (, = ов получаем и,„(г) о(н „(г) вк С жк Я о(г Зве Глава 7. Аналоговые интегральные мик Отсюда (7.23) б Рис.
7.23 Дифференцирующий усилитель получается в том случае, когда конденсатор включен вместо резистора Я, (рис. 7.23, 6). При этом ( С Ь-(г) ! Так как 1, = гь получаем Ни„ (г) и, (г) аг В, Отсюда (г) )сС Ж,„( ) (7.24) Активные фильтры получаются в том случае, когда вместо резисторов Н, и Я, включаются частотно-зависимые ЯС-элементы.
Если вместо В, включены параллельно резистор Я, и конденсатор С„то образуется фильтр нижних частот с граничной частотой 1 2яС,й, ЗВ7 7.9. Разновидности АИМС Если вместо А, последовательно включены резистор Я, и конденсатор С„то обра- зуется фильтр верхних частот с граничной частотой 1 2яС,Я, Если ЯС-цепи включены одновременно вместо Я, и Я,, то образуется полосовой фильтр, 7.9. Разновидности АИМС Номенклатура аналоговых ИМС, выпускаемых промышленностью, позволяет реализовать самые разнообразные функциональные преобразования аналоговых сигналов. По характеру выполняемых преобразований аналоговые ИМС можно подразделить на несколько основных групп; а усилители; а перемножителн; а компараторы; с) стабилизаторы напряжения; гт аналоговые коммутаторы; а аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) цреобрэзователи; ~) специализированные ИМ С, Усилители предназначены для усиления сигналов.
К ним относятся усилители низких, промежуточных и высоких частот, видеоусилители, усилители импульс- ных сигналов и др. Наиболее распространенным видом аналоговых ИС являются операционные усилители, выполняющие функции базового элемента для по- строения многих аналоговых узлов.' Перемножители предназначены для перемножения двух аналоговых сигналов. С их помощью осуществляются различного рода преобразования сигналов— модуляция и демодуляция, умножение и деление частоты и т.
д. Функцию пе- ремножения можно представить в виде у = Ах,хв где х, и х, — перемножаемые сиг- налы, э — масштабный коэффициент. Простейшая схема перемножителя может быть реализована на основе дифференциального каскада, напряжение на выходе которого у = й х,хэ где э, =-а — =-а — 1,. Я„Я„ и, Здесь |, — ток, питающий дифференциальный каскад. Если сигнал х, подать на базу транзистора генератора тока, то этот ток будет пропорционален хэ то есть 4, = й,хэ Следовательно, у=-а — э,х,х, =эх,х,, Я„ И1 Глава 7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
