Учебное пособие «Микросхемотехника Аналоговая микросхемотехника»

Если транзистор VT4 закрывается, выходной ток определяется выражением

Из выражения (2.78) следует, что при закрытом транзисторе VT4 выходной ток ограничивается коэффициентом усиления по току 1 и коллекторным сопротивлением резистора Rк. Высокий

к.п.д., симметричность размаха сигнала и малые нелинейные искажения могут быть получены в схеме, в которой используются эмиттерные повторители на комплементарных транзисторах, работающие в режиме АВ (рисунок 2.45).

Рисунок 2.45 — Двухтактные выходные каскады

на комплементарных парах транзисторов VT1 и VT2, работающие в режиме АВ, с диодной (а) и транзисторной (б) схемами смещения

Токи покоя транзисторов VT1 и VT2 можно задавать при помощи диодов (рисунок 2.45,а) или схемы смещения (рисунок 2.45,б). В двухтактных каскадах на комплементарных парах

– 91 –

n-p-n- и p-n-p-транзисторов передача на выход сигналов отпирающей полярности обеспечивается n-p-n-транзистором VT1, а сигналов запирающей полярности — p-n-p-транзистором VT2. Под действием сигналов соответствующей полярности один из транзисторов открывается и, работая как повторитель напряжения, формирует выходное напряжение.

Чтобы гарантировать отсутствие переходных искажений и одновременно низкий уровень потребления мощности в режиме холостого хода, ток покоя обычно выбирается больше нескольких десятков, но не более нескольких сотен микроампер. Фактическое значение может быть задано путем выбора соотношения активных площадей транзисторов или отношения R1R2.

В случае синусоидального управляющего сигнала выходное напряжение, выходная и потребляемая мощности определяются выражениями

Uвых(t) Uтвых sin( t);

– 92 –

Максимальная мощность, выделяемая на транзисторах, определяется выражением

где PИСmax — максимально допустимая полная мощность, рассеиваемая ИС; P0 — мощность, потребляемая в состоянии покоя.

Откуда максимально допустимое сопротивление нагрузки и максимально возможная мощность на выходе могут быть представлены в виде

В двухтактных каскадах в качестве p-n-p-транзистора используют торцевой транзистор, недостатком которого является низкое значение , уменьшающее коэффициент усиления выходного кас-

када для сигналов запирающей полярности. Для увеличения

применяют составной транзистор, образующий одно плечо двухтактного выходного каскада. Составной транзистор строят либо на комплементарных парах (рисунок 2.46), либо на паре торцевых p-n-p-транзисторов (рисунок 2.47).

– 93 –

3. аМЪВ„р‡О¸М˚В УФВр‡ˆЛУММ˚В ЫТЛОЛЪВОЛ

3.1. йТМУ‚М˚В Т‚УИТЪ‚‡ УФВр‡ˆЛУММ˚ı ЫТЛОЛЪВОВИ

Операционный усилитель (ОУ) представляет собой усилитель постоянного тока с высоким входным и низким выходным сопротивлением, обеспечивающий большой коэффициент усиления по напряжению.

Известно, что усилители постоянного тока с малым дрейфом и гальваническими связями могут быть построены только с дифференциальными каскадами на входе. Поэтому операционные усилители всегда имеют два входа (рисунок 3.1).

Uвх.д

Uвх.и Uвх.н Uвых

Рисунок 3.1 — Условное графическое обозначение интегрального операционного усилителя

– 95 –

– 96 –

Поскольку усиление Ku очень велико, особенно на низких

частотах, где оно лежит в пределах 105 106 , ширина линейной зоны весьма незначительна и может быть определена из выражения

20 200 мкВ. Следовательно, чтобы напряжение на выходе ОУ

было равно усиленному значению напряжения на входе, амплитуда входного напряжения должна быть достаточно малой, как правило, менее 1 мВ. В противном случае ОУ попадает в область насыщения и выходное напряжение не повторяет входное, а форма выходного сигнала сильно искажается.

ОУ обычно охватывают петлей обратной связи, так что часть выходного напряжения подается на инвертирующий вход (рисунок 3.3). При этом выполняются условия реализации отрицательной обратной связи. Наличие большого коэффициента усиления прямой передачи позволяет применять глубокую отрицательную обратную связь, что открывает возможности для получения характеристик, определяемых только пассивными элементами цепи обратной связи.

Z 2

Z1

Uвх.и Uвых

Uвых

Uвх.и Uвх.н

Рисунок 3.3 — Схема включения операционного усилителя

с отрицательной обратной связью

– 97 –

Коэффициент, показывающий, какая часть выходного напряжения возвращается на инвертирующий вход, называют коэффициентом обратной связи F. Для схемы на рисунке 3.3 коэффициент обратной связи F определяется из соотношения

Из выражения (3.3) следует, что коэффициент усиления ОУ с отрицательной обратной связью

и меньше коэффициента усиления ОУ без обратной связи. Величину FKu называют петлевым усилителем. При большом

петлевом усилении, когда FKu 1, коэффициент усиления ОУ

с отрицательной обратной связью практически не зависит от коэффициента усиления ОУ без обратной связи, а определяется главным образом параметрами петли обратной связи. Для схемы

– 98 –

Предположим, что ОУ — идеальный усилитель напряжения и его входы не потребляют ток от источника входных сигналов.

Рисунок.3.4 — Схема включения операционного усилителя для анализа методом узловых потенциалов

Если предположить, что коэффициент усиления ОУ без обратной связи стремится к бесконечности (аппроксимация с боль-

шим коэффициентом усиления), то входное напряжение Uвх.д

будет стремиться к нулю (Uвх.д Uвых 0 при Ku ), так как

Ku

выходное напряжение Uвых должно быть конечным. Следовательно, в узлах x и y напряжение будет Uх U у U1.

Для узла x справедливо уравнение

U2 U1 Z11 U1 Uвых Z12 .

Решая это уравнение относительно Uвых, получим

Если коэффициент усиления ОУ без обратной связи имеет ко-

нечное значение, то Uвх.д Uвых , Ux U1 Uвых .

Ku Ku

– 100 –