4.2.1.4. Анализ переходных процессов

Анализ переходных процессов при малом входном сигнале не более труден, чем анализ АЧХ и ФЧХ, поскольку при этом используется та же передаточная функция второго порядка с эффективным неосновным полюсом, а решение находится операторным методом с применением алгебраических преобразований.

Напряжение сток – исток при большом входном сигнале

Напряжения исток – сток транзисторов должны быть такими, чтобы обеспечить работу всех транзисторов в пологом режиме. Все соотношения, определяющие границы между режимами малого и большого сигналов как при несимметричном, так и при симметричном входном сигнале, а также поведение узла В – такие же, как в рассмотренном выше дифкаскаде (поведение узла В необходимо знать для обеспечения требуемой величины с целью поддержания транзисторав пологом режиме).

В режиме большого сигнала весь режимный ток идет только в одном из входных транзисторовили, увеличивая в одном из них превышение над порогом враз. При этом, например, напряжение сток-исток транзисторанеобходимо увеличитькак минимум в раз, поскольку, (А) граничное напряжение между крутой и пологой областями вувеличивается враз и (В) потенциал истокауменьшается по причине увеличения в нем превышения над порогом также враз. В результате с целью недопущения перехода транзисторов-генераторов тока,а такжеив крутую область, формирователи постоянных потенциалов на затворы каскодных транзисторов необходимо проектировать так, чтобы придля транзисторов – генераторов токаноминальное напряжение сток – исток было бы

(4.24)

Особое внимание следует уделить каскодному токовому зеркалу, поскольку при слишком малом пороге РМОП транзисторов условие (4.24) может не выполняться. В этом случае:

(1) можно уменьшить режимный ток (но при этом уменьшится скорость изменения выходного напряжения, а после возвращения в режим малого сигнала – уменьшится частота единичного усиления);

(2) можно уменьшить превышение над порогом для РМОП транзисторов увеличением их ширины (но при этом увеличатся емкости затворов, и уменьшатся собственные частоты соответствующих неосновных полюсов).

Очевидно, что при проектировании ОИТУН неизбежны компромиссы.

Скорость изменения выходного напряжения

При большом входном сигнале разностный ток, перезаряжающий суммарную емкость в узле равен, поэтому скорость изменения напряженияв узлемаксимальна и равна:

(4.25)

4.2.2. «Согнутый» каскодный оитун с р-канальным входом

Вариант ОИТУН, названный нами как «согнутый» (англ. “folded”) дифференциальный каскодный ИТУН с Р – канальным входом, представлен на Рис. 4.2. На рисунке показано исходное распределение режимных токов для .

ОИТУН состоит из входной дифференциальной пары (транзисторыи), режимный ток которой является частью режимного тока двух каскодных сборок:,,,и,,,.

Рис. 4.2. «Cогнутый»

каскодный ОИТУН

с р-канальным входом

Отличие от нуля дифференциального напряжения на входе ведет к различию токов в транзисторах и. Предположим, что, отчего ток вбольше режимного, т.е., а.

В этом случае потенциал узла С возрастает, транзистор прикрывается по истоку, и в узел А от положительного источника питания приходит больший ток, чем утекает в отрицательный. Потенциал узла А, и потенциал затворов р-канальных транзисторовиувеличивается, приводя в стационарном состоянии к уменьшению токов вина. Ток в узелD от положительного источника питания уменьшился на , в то время как у транзисторовипотенциалы затворов неизменны, они продолжают быть генераторами прежних токов, потенциал узлаD уменьшился, и через стал протекать ток. В результате к выходному узлуout от притекает ток , а черезутекает ток, и конденсатор суммарной нагрузки разряжается к отрицательному источнику питания током, равным дифференциальному току входных транзисторов. Суммируя изложенное, можно утверждать, что ИТУН на рис. 3.31 является однокаскадным, поскольку нагрузка перезаряжается током, равным дифференциальному току входного дифкаскада.

В n-канальных транзисторах итекут токи, вдвое большие, чем виа в транзисторах–токи одинаковы, поэтому, при условии равенства превышения над порогомувсех транзисторов –, ширины транзисторовивдвое больше ширин и, а ширины транзисторов,,и– враз, т.е. почтивтрое больше ширин и. Ширины транзисторовиопределяют абсолютные величины тока, перезаряжающие емкость нагрузки, поэтому определяют частоту единичного усиления.