4.3. Двухкаскадный операционный усилитель (оитун)

4.3.1. Базовая схема двухкаскадного оитун

С целью упрощения при рассмотрения малосигнальных характеристик двухкаскадного усилителя, рассмотрим их на примере простейшего (базового) двухкаскадного ОИТУН.

На рис. 4.4 приведена базовая электрическая схема двухкаскадного операционного усилителя (ОИТУН).

Рис. 4.4. Базовая схема двухкаскадного ОИТУН

Второй каскад охвачен отрицательной обратной связью с помощью конденсатора (так называемый «корректирующий» конденсатор).– суммарная нагрузочная ёмкость.

Диод на транзисторе и внешний (по отношению к анализируемому ОИТУН) опорный токсоставляют формирователь постоянного смещения на затворыи, являющихся генераторами постоянных режимных токов:в дифкаскаде иво втором каскаде.

Очевидно, что если предположить отсутствие разброса параметров транзисторов относительно их номинальных значений, а также если ,. Если также, а, то в отсутствие сигнала на входе, т.е., потенциал выходаравен потенциалу узла А (также и потенциалу узлаD).

Режимы по постоянному току важны для правильного функционирования схемы, но далее рассмотрим поведение двухкаскадного усилителя при малом переменном сигнале на входе.

4.3.2. Эквивалентная малосигнальная схема двухкаскадного усилителя

На рис. 4.5 приведена эквивалентная малосигнальная схема 2-х каскадного усилителя. В этой схеме добавлен паразитный элемент – паразитная ёмкость на выходе 1 – го каскада (узелD), равная сумме:

– n+p и p+n областей стоков исоответственно;

– ёмкостей затвор – сток и;

– ёмкости затвор – исток (ёмкость затвор – стокпараллельнаи входит в её состав).

Рис. 4.5. Эквивалентная малосигнальная схема двухкаскадного усилителя

По умолчанию предполагается, что паразитная ёмкость на выходе второго каскада входит в состав суммарной емкости . Паразитная составляющаяравна сумме (А) паразитных емкостейn+p и p+n областей стоков исоответственно и (В) емкостей затвор-сток транзисторови.

На эквивалентной схеме:

–крутизна по затвору входного транзистора дифкаскада;

–крутизна по затвору входного транзистора второго каскада;

–выходное сопротивление в узле D на выходе первого каскада;

–выходное сопротивление в узле OUT на выходе второго каскада.

Как показано в главе 3, малосигнальная эквивалентная схема дифференциального каскада идентична оной для простейшего (базового) усилительного каскада и имеет такой же низкочастотный коэффициент усиления:

(4.28)

Здесь и далее: – низкочастотный коэффициент усиления первого каскада, а– второго каскада.

Второй каскад представляет собой простейший базовый усилительный каскад, поэтому также

(4.29)

На низких частотах никакие конденсаторы себя не проявляют, поэтому низкочастотный коэффициент усиления двухкаскадного усилителя равен:

(4.30)

С увеличением частоты импеданс конденсаторауменьшается, так что сток и затвор транзистораможно считать закороченными. При этом выходное сопротивление узла выхода становится близким к.

Этот эффект наблюлается на достаточно высоких частотах, но ведь и фазовый сдвиг на выходе усилителя нас интересует именно на высоких частотах. Итак, неосновной полюс можно предположить известным:

(4.31)

В целях простоты оценки в (4.31) не учтена связь емкостей ичерез конденсатор.

Для оценки основного полюса отметим, чтоявляется емкостью Миллера, на которую нагружен источник напряжения, представляемый первым каскадом и имеющим большое выходное сопротивление. Это дает основание предположить, что

(4.32)

Очевидно, что .