Учебное пособие «Микросхемотехника Аналоговая микросхемотехника»

Простейшей схемой, которую можно использовать для этой цели, является дифференциальный усилитель с последовательной обратной связью по току в эмиттерной цепи (рисунок 6.7,а). Для

Рисунок 6.7 — Линейный преобразователь напряжение – ток на основе дифференциального каскада с последовательной обратной связью по току в эмиттерных цепях: а – принципиальная схема; б – нормированные характеристики

При выводе выражений (6.26) и (6.27) принято, что транзисторы имеют большие коэффициенты усиления ( 1). Суммиро-

вание (6.26) и (6.27) дает

– 221 –

Несмотря на различие обозначений, выражения (6.28) и (6.29), по существу, описывают одинаковые характеристики, степень

нок 6.7,б). Наиболее удобным способом оценки погрешности, обусловленной нелинейностью, является нахождение отклонения

функция описывает реальную характеристику в соответствии с выражением (6.28), а вторая является ее линейным приближением. Коэффициент

соответствует наклону реальной характеристики передачи в точке U X T 0. Исходя из этого, погрешность нелинейности hнл мож-

но определить следующим образом:

Из уравнения (6.31) получаем соотношение

IIX ST 0 U X hнл,

0 T

подстановка которого в выражение (6.28) дает

– 222 –

Пусть U X 0 — максимальное входное напряжение, ограниченное линейным участком передаточной характеристики. Тогда

Подставляя выражение (6.30) в (6.29) и нормируя входящее в него напряжение по отношению к U X 0 , получим

U X U X 0 . Как видно, если сопротивление Rэ достаточно велико, то погрешность hнл может быть приемлемо малой в довольно ши-

роком диапазоне входных напряжений. Это позволяет упростить выражения (6.28) и (6.29):

Схема, приведенная на рисунке 6.8,б, более удобна для практического применения, чем схема на рисунке 6.7,а, поскольку в ней обратная связь вводится при помощи одного резистора — RX

или RY . Формальная подстановка RX 2 или RY 2 вместо Rэ в

выражения (6.26)–(6.36) позволяет использовать их для схемы, приведенной на рисунке 6.8,б. Таким образом,

– 223 –

где RX RX 2rэ 2 rб Rг 1 ;

Рисунок 6.8 — Зависимость нелинейности преобразования от глубины обратной связи и диапазона входного напряжения (а) и введение последовательной обратной связи по току

при помощи одного резистора (б)

6.5. мФр‡‚ОflВП˚В М‡ФрflКВМЛВП ˜ВЪ˚рВıН‚‡‰р‡МЪМ˚В ФВрВПМУКЛЪВОЛ

Если управляемый током перемножитель (см. рисунок 6.6,б) дополнить со стороны входов преобразователями и источниками тока (см. рисунок 6.8,б), то можно получить управляемый напряжением перемножитель, представленный на рисунке 6.9.

Дифференциальную составляющую выходного тока такого устройства можно определить, используя выражение (6.25) или

(6.37) и (6.38):

– 224 –

– 225 –

Поскольку выходным сигналом является дифференциальная составляющая тока, а не напряжение относительно «земли», для этого устройства требуется дополнительный преобразователь, который можно встроить в интегральную схему или присоединить как дополнительный внешний модуль.

Наиболее распространенная схема выходного преобразователя приведена на рисунке 6.10,а. Токи I1 и I2 протекают через

идентичные резисторы нагрузки, вызывая падение напряжения

UZ I1 I2 Rк IZ Rк 4RкU XUY IбRX RY . (6.40)

Эта дифференциальная составляющая напряжения преобразуется в несимметричное напряжение при помощи дифференциального усилителя. В случае больших напряжений постоянного тока выходное напряжение перемножителя может быть положительным, превышающим допустимую синфазную составляющую входного напряжения ОУ. Следовательно, необходим соответствующий делитель напряжения. Простейший способ заключается в том, чтобы использовать дифференциальный усилитель с несколькими входами (рисунок 6.10,б).

Рисунок 6.10 — Выходной преобразователь на основе дифференциального усилителя (а)

иего эквивалентная схема (б)

–226 –

Сопротивления резисторов в данной схеме должны удовлетворять условию

R4 Rг R3 R2 R12 Rсм Rг R11 .

Тогда дифференциальная составляющая входного напряжения будет усиливаться с коэффициентом усиления

Ku.ос UZ UZ R2 Rг R11 R2 Rк R11 , (6.41)

где Rг — выходное сопротивление перемножителя. Практически Rг Rк. Выходное сопротивление схемы, пред-

ставленной на рисунке 6.10,а, можно определить из соотношения

Из проведенного анализа следует, что синфазная составляющая напряжения на входе ОУ в R4 Rк R3 R4 раз меньше, чем

на выходе перемножителя. Вспомогательное напряжение Uк

предназначено для установки нуля усилителя. При расчете корректирующих цепей и частотно-зависимой погрешности усилителя необходимо обращать особое внимание на дополнительное влияние резистора R12, который предназначен для уменьшения коэффициента обратной связи .

На рисунке 6.11 показан другой способ пропорционального преобразования дифференциальной составляющей тока в напряжение. Транзисторы VT1, VT2 и VT3, VT4 используются как токовые зеркала, а транзисторы VT5 и VT6 образуют фазосуммирующую цепь. Резистор нагрузки Rн подключен к общей точке

коллекторов VT4 и VT6. Падение напряжения, возникающее при протекании тока IZ I1 I2 в нагрузке, определяется UZ IZ Rн.

– 227 –

6.6.и‡р‡ПВЪр˚ ФВрВПМУКЛЪВОВИ

Втехнических характеристиках перемножителей используется большое число параметров. Часть из них относится к дифференциальным усилителям, которые входят в состав перемножителей. Для описания свойств перемножителей наибольшее значение имеют следующие параметры.

Погрешность нелинейности hX ,hY . Это параметр, опреде-

ляющий максимальное абсолютное отклонение поверхности погрешностей, который характеризует остаточную погрешность перемножителя после настройки. В связи с тем что точность в каналах X и Y различна и погрешность увеличивается по мере удаления от начала координат, в технических характеристиках приводятся два различных параметра, описывающие погрешность вдоль линии U X U X1 и UY UY1 поверхности погрешностей

и выраженные в процентах от выходного напряжения (рису-

нок 6.13).

U X

t

Рисунок 6.13 — Определение и измерение погрешности, обусловленной нелинейностью

– 229 –

Просачивание сигнала через закрытый канал UпрX ,UпрY .

На выходе идеального перемножителя напряжение отсутствует, если хотя бы одно из входных напряжений равно нулю. Независимо от того, насколько тщательно изготовлен и настроен перемножитель, на его выходе при таких условиях всегда имеется небольшой остаточный сигнал. Этот сигнал просачивания определяется погрешностями, которые соответствуют осям X и Y.

В связи с этим в технических характеристиках приводятся два параметра, один из которых соответствует заземленному входу X, а другой — заземленному входу Y. При этом на незаземленный вход подается испытательное синусоидальное напряжение низкой частоты с амплитудой UX1 или UY1 (рисунок 6.14).

t

Рисунок 6.14 — Определение и измерение сквозного просачивания сигнала

– 230 –