1.10.2. Аналоговые имс

Аналоговые ИМС (АИМС) выполняют операции с сигналами, имеющими непрерывное множество состояний.

К таким операциям относят (рис. 1.47) усиление, генерацию, фильтрацию, перемножение, детектирование, аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования и др.

Кроме того, к АИМС относят источники тока и ЭДС, стабилизаторы и резисторные матрицы. УГО аналоговых элементов устанавливает ГОСТ 2.759-82.

Рис. 1.47. УГО операций, выполняемых аналоговыми ИМС:

а — усиление сигнала;

б — генерация;

в — фильтрация;

г — перемножение сигналов;

д — детектирование;

е — аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования

В схемотехнике АИМС реализованы принципы взаимного согласования и схемотехнической избыточности. В соответствии с первым принципом электрические параметры элементов АИМС должны быть строго пропорциональны или равны в широком диапазоне изменения температуры. В соответствии со вторым принципом, вынужденная реализация которого связана с отказом от использования разделительных конденсаторов и высокоомных резисторов, режимы каскадов по постоянному току согласуют введением дополнительных активных компонентов.

Для построения АИМС любой сложности используют ограниченный набор функциональных узлов: дифференциальный каскад на основе взаимосогласованной пары БТ или ПТ, эталон тока с высокой температурной стабильностью на основе взаимосогласованной пары БТ, каскад сдвига уровня напряжения, выходной каскад и их модификации.

Дифференциальный каскад (ДК) предназначен для усиления разности сигналов U₁ и U₂ (рис. 1.48, а). Все входные усилительные каскады АИМС содержат ДК и эталон тока I₀, от которых зависят параметры усиления и их стабильность. При этом транзисторы VТ1 и VT2 должны быть идентичны, а сопротивления резисторов R1 и R2 равны. При равенстве напряжений U₁ и U₂ дифференциальный каскад будет сбалансирован, т. е. разность напряжений на коллекторах транзисторов U_вых будет равна нулю.

Рис. 1.48. Функциональные узлы аналоговых ИМС:

-а — дифференциальный каскад;

-6 — эталон тока;

-в — каскад сдвига уровня;

-г —выходной каскад:

Эталон тока (ЭТ), являясь нелинейным эквивалентом высокоомных нагрузочных резисторов, обеспечивает для ДК режим источника стабильного тока (рис. 1.48, б) ЭТ содержит каскад, включенный по схеме с ОЭ, и несколько резисторов с общим сопротивлением не более 20 кОм, посредством которых устанавливают ток I₀ и обеспечивают повторяемость параметров ДК —коэффициента усиления К и входного сопротивления Rвх.

Каскад сдвига уровня напряжения обеспечивает согласование режима по постоянному току каскадов усилителя (компенсацию сдвига постоянной составляющей сигнала), необходимое для неискаженного усиления переменного напряжения. Применяют сдвиг как «вниз» (рис. 1.48, в), так и «вверх». Чаще всего схему сдвига строят на основе ЭТ.

Выходной каскад (рис. 1.48, г) представляет собой двухтактный усилитель мощности в режимах усиления классов В и АВ. В первом режиме обеспечивается большой КПД, но и значительные нелинейные искажения, а во втором — при меньшем КПД и меньшие нелинейные искажения.

В данном каскаде оба транзистора включены по схеме с ОК и поэтому имеют большое входное и малое выходное сопротивления Однако объединение баз транзисторов приводит к появлению нелинейных искажений, которыми в ряде случаев можно пренебречь.