Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции / Основы схемотехники КМДП аналоговых ИМС.doc
Скачиваний:
196
Добавлен:
16.04.2013
Размер:
8.8 Mб
Скачать

3.8.1. Допустимый диапазон входного синфазного напряжения

Определим значение допустимого диапазона входного синфазного напряжения для дифкаскада с n-канальным входом при . Условие допустимости конкретного синфазного потенциала:все транзисторы должны находиться в пологой области ВАХ.

Минимальный входной синфазный потенциал определяет условие нахождения транзисторав пологой области ВАХ, т.е. придолжно быть. Далее очевидно:

, (3.98а)

В выражении (3.98а):

(3.98b)

(3.98с)

При увеличении входного синфазного потенциала при потенциалыине изменяются (см выше), следовательно напряжения сток-исток транзисторовиуменьшаются, а потенциали пороговые напряжения этих транзисторов увеличиваются. При этом для:

. (3.99)

При достижении необходимость нахождения транзисторовив пологой области ВАХ определяет следующее условие:

(3.100)

С учетом (3.99) имеем:

(3.101)

Потенциал , согласно (3.98b), является функцией . Определяяиз (3.100) и подставляя в выражение для, легко убедиться, что при реально встречающихся напряжениях питания

(3.102)

Из (3.102) следует, что, как правило,

(3.103)

Диапазон дифкаскада с р-канальным входом определяется аналогично.

3.8.2. Дифференциальный каскад как источник тока, управляемый входным напряжением. Несимметричный и симметричный входные сигналы

Далее везде (если другое не указано) при любых значениях входных сигналов ии присумма токовиравна режимному току,, т.е.

, (3.99а)

В этом случае для переменных составляющих этих токов всегда

. (3.99b)

(1) Пусть на дифференциальные входы дифкаскада подается несимметричный входной переменный сигнал : и. (3.100)

Имеем: (3.101а)

Ток притекает к выходному узлуиз источника напряжения.

Через транзистор в источник режимного тока и далее в источник напряженияутекает ток. (3.101b)

Отметим, что в выражениях (3.101а) и (3.101b) потенциал является функцией(см. ниже), и именно этот эффект является причиной того, что токуменьшился в точности на такую же величину, на которую увеличился ток ,несмотря на отсутствие в (3.101b) сигнала .

Поскольку токи ине равны, то единственным путем тока, равного разностии, является путь в нагрузку. Поскольку выходное сопротивлениедифкаскада высокое, определяемое сопротивлениями исток-сток в пологой области, то единственно приемлемым типом нагрузки являетсяемкость, например, затвор другого КМДП усилительного каскада, поскольку резистор в нагрузке уменьшит значение . Таким образом,в нагрузку течет дифференциальный ток , равный разности токов и:

(3.102)

Если (условиемалого входного сигнала), то

(3.103)

Результат (3.103) позволяет в качестве малосигнальной эквивалентной схемы дифкаскада использовать эквивалентную схему простейшего усилителя на рис. 3.7b.

Малосигнальный низкочастотный коэффициент усиления дифкаскада длянесимметричного входного сигнала:

(3.104)

В выражении (3.104) (3.105)

– выходное сопротивление дифкаскада.

Дифкаскад является однокаскадным усилителем, поскольку в нагрузку течет переменный ток, образованный непосредственно во входных транзисторах.

Поскольку выходные сопротивления в узлах А и В низкие, а паразитные емкости в них также невелики (как правило, много меньшие типичной емкости в выходном узле), то задержка фазы сигнала, обязанная постоянным времени перезарядки паразитных емкостей в узлах А и В через их выходные сопротивленияи, пренебрежимо малы по сравнению с задержкой фазы, обязанной параметрам выходного узла. В связи с этим малосигнальная АЧХ дифкаскада прив минимальной степени отличается от однополюсной АЧХ простейшего дифкаскада (см. выражение (3.14)), и выражение дляможно считать аналогичным выражению (3.23):

(3.106)

Очевидно, что увеличение абсолютной величины ведет ко все большему различию абсолютных величини. Рассмотрим поведение дифкаскада при возрастании.

Подставляя (3.101а) и (3.101b) в (3.99а), нетрудно получить:

(3.107а)

Пользуясь равенством при условии

(3.107b)

выражение (3.107а) переписываем в виде:

(3.107с)

или (3.107d)

Из (3.107) можно сделать следующие выводы.

(*) Если (3.108а)

то в обоих транзисторах М1 и М2 токи иоднозначно зависят от входного сигнала. Этот режим работы дифкаскада является активным, и емкость перезаряжается разностью токовисогласно выражению (3.102).

(**) В граничном состоянии имеем . Согласно (3.107d), потенциал увеличился напо сравнению с режимом покоя, когда(как упоминалось выше, при несимметричном входном сигнале именно эффект увеличенияявляется причиной уменьшения токапри увеличении тока ). В результате , и весь режимный токтечет только через транзисторыи, «отражается» в, и емкость нагрузки заряжается в направлении положительного напряжения питанияпостоянным током. При этом потенциалувеличился на.

(***) Если (3.108b)

то дифкаскад полностью работает вне активного режима, , емкость нагрузки заряжается в направлении положительного напряжения питаниянерегулируемым постоянным током , а потенциал«следит» за потенциалом, как в истоковом повторителе на транзисторе, начиная с величиныотносительно величины режима покоя, когда.

(2) Пусть на входы дифкаскада подается симметричный сигнал:

; . (3.109)

(3.110)

Из (3.110)следует, что при симметричном сигнале на входе дифкаскада на базе транзисторов с квадратичными характеристиками система остается линейной не только для малых сигналов, для которых необходимо . Достаточно, чтобы выполнялось условие, т.е. условие работы дифкаскада лишьв активном режиме.

Проанализируем поведение дифкаскада при увеличении .

Подставляя (3.109) в выражения для М1 и М2, а последние – в (3.99а), получаем:

(3.111а)

или (3.111b)

(****) При (3.112а)

дифкаскад работает в активном режиме. При этом в 2 раза меньшее изменение потенциала в сравнении с режимом несимметричного входного сигнала, снижает вклад узла В в паразитное отставание фазы сигнала, проходящего через дифкаскад.

(*****) Режим большого сигнала наступает при . (3.112b)

При этом потенциал «следит» за потенциалом, как в истоковом повторителе на транзисторе, начиная с величиныотносительно величины режима покоя, когда.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.