Главная  Расчет источников питания 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [ 26 ] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40]

Для защиты от внешних воздействий интегральные микросхемы помещаот в {др, цнальные герметичные корпуса. В соответствия с действующими стандартами предусмотрены четыре основных типа корпусов (рис. 8.1):

тип 1 - прямоугольный с выводами в пределах основания, перпендикулярно

ему;

тип 2- прямоугольный с выводами, расположенными за пределами основания, иерпенднкулярно ему;

тип 3 - круглый с выводами в пределах основания, перпендикулярно ему;

Т11П 4 - прямоугольный с выводами за пределами основания, параллельно ему.

Для обозначения типоразмера корпуса н его конструкции предусмотрено спецп. вльное условное обозначение, состоящее из четырех элементов:

первый -цифра, обозначающая тнп корпуса;

второй - две цифры (от Oi до 99), обозначающие типоразмер;

третий -цифра, указывающая общее количество выводов;

четвертый-цифра, обозначающая номер моД!1фикации.

Например, корпус 201.14-2 - это прямоугольный корпус типа 2, типоразмера 01, с 14 выводами, модификация вторая.

Габаритные н присоединительные размеры на чертежах (в технических условиях, справочниках, паспортах ИМС) указывают без учета специальных элементов или устройств для дополнительного отвода тепла от корпусов микросхем, если эти устройст-ва не являются неотъемлемыми частями корпусов. Специальные элементы или устройства (теплоотводы) н способы их крепления указывают в технической документации на микросхемы конкретных типов.

Для корпусов ИМС установлен шаг выводов: для корпусов типов i и 2-2.5 мм; типа 3 - под углом 30 или 45°; типа 4 - 1,25 мм.

Интегральные микросхемы, разработанные до 1972 г., оформлены в нестандарт-вые корпуса (их характеристики указаны в специальной технической документации).

8.3. Основные парамет>ы усилительных ИМС

Нанменованнн основных параметров ИМС. термины, определении и буквенные обозначения установлены государственными стандартами. К числу основных параметров усилительных микросхем относятся:

Параметры, име1вщие размерность напряжения:

максимальное входное напряжение вхпмя-наибольшее входное напряжение ИМС, прн котором выходное напряжение соответствует заданному;

минимальное входное напряжение U - - наименьшее входное напряжение ИМС, прн котором выходное напряжение соответствует заданному;

чувствительность S-наименьшее входное напряжение, при котором электрические параметры ИМС соответствуют заданным;

дтпазон входных напряжений Д(/ах - интервал напряжений от минимального входного напряжения до максимального;

входное напряжение покоя Uq - напряжение на входе ИМС прн отсутствггн входного сигнала;

выходное напряжение покоя Uq - напряжение на выходе ИМС при отсутствии входного сигнала;

напряжение смещения Ucm - напряжение постоянного тока на входе ИМС, при котором выходное напряжение равно нулю;

синфазное входное напряжение иф - напряжение между каждым пз входов ИМС и общим выводом, амплитуда и фаза которых совпадает;

помехоустойчивость тях -наибольшее напряжение на входе ИМС, при котором еще не происходит изменения уровня выходного напряжения;

максимальное выходное напряжение . - т;зибо.чьшее БЫХ0ДН1че Егапряжс-

ние, при котором изменения параметров ИМС соответствуют заданным;

минимальное выходное напряокение U - - наименьшее выходное напряже1н1с, прн котором изменения параметров ИМС соотвегстзуют заданным;

напряжение источника питания „.

Параиет[Я, иАтеющие размерность тока:

разность входных токов А- разность токов, протекающих через входы ИМС [; заданном режиме; " средний входной ток /j, .р - среднее арифметическое значение входных токов, отекающих через входы сбалансированной ИМС;

максимальный выходной ток 1 - наибольший выходной ток, при котором кпечнваются заданные параметры И.ЧС; минимагьный выходной ток / - наименьший выходной ток, прн котором обеспечиваются заданные параметры ИМС;

1/ ток потребления /.j, - ток, потребляемый ИМС от источника питания в задао-,1ВЕ0Н режиме.

Параметры, имеющие размерность Мощности;

потребляемая мощность Р. - fOщнocть, потребляемая ИМС от источников цнтання в заданном режиме;

максимальная потребляемая мощность Р. ~ мощность, потребляемая ИМС f» предельном режиме;

выходная мощность Pj-мощность сигнала, выделяемая па нагрузке ИМС В заданном режиме.

Параметры. нме1вщие размерность частоты:

нижняя граничная частота полосы пропускания - наименьшая частота, на которой коэффициент усиления ИМС уменьшается на 3 дБ от значения на заданной частоте;

верхняя граничная частота полосы пропускания -наибольшая частота, на яоторой коэффициент усиления ИМС уменьшается на 3 дБ от значения на заданной частоте;

полоса пропускания Af - диапазон частот между верхней и нижней граничными *- частотами полосы пропускания ИМС. i: Огноснтельные параметры:

коэффициент усиления напряжения Куц - отношение вы.\од)10го напряжения

ИМС к входному;

коэффициент усиления тока Ку/ - отношение выходного тока ИМС к входному; коэффициент ycuJнuя мощности Кур - отношение выходной мощности ИМС к входной;

коэффициент ослабления синфазных входных напряжений Ji - отношение коэффициента усиления напряжения ИМС к коэффициенту усиления сянфаэныя входных напряжений;

коэффициент нелинейности амплитудной характеристики /Сд - наибольшее отклонение крутизны амплитудной характеристики ИМС относительно крутизны амплитудной характеристики, изменяющейся по линейному закону;

коэффициент неравномерности амплитудно-частотной характеристики /Сдрд - отношение максимального выходного напряжения ИМС к минимальному в заданном диапазоне частот полосы пропускания, выраженное в децибелах;

коэффициент гармоник Кг -отношение среднекнадратического напряженяясум-мы всех, кроме первой, гармоник сигнала, к с реднеквадр этическом у напряжению первой гармоники.

Прочие параметры:

сопротивление нагрузки R„ -активное сопротивление, подключенное к выюду ИМС, прн котором обеспечивается заданное выходное напряжение (ток) нли заданное усиление;

входное сопротивление R„ - отношение приращения входвого напряжеивя ИМС к приращению активной составляющей входного тока при заданной частоте сигнала;

выходное сопротивление Яых - отношение приращения выходного напряжения ИМС к вызвавшей его активной составляющей выходного постоянного илв свяусон-дального тока при заданной частоте сигнала;

емкость нагрузки С» - максимальная емкость, подключенная к выходу интегральной микросхемы, прн которой обеспечиваются заданные частотные и шше параметры.



оВых.1

8.4. Дифференциальный усилитель как базовый элемент линейных ИМС

Наиболее типичной усилительной микросхемой универсального назначения является дифференциальный усилитель (ДУ).Для ДУ характерны высокая устойчивость дестабилизирующему влиянию внешних факторов и слабая зависимость результн-рукяцнх параметров схемы от параметров отдельных элементов 7, 10, 23. 25, 36] Принципиальная электрическая схема однокаскздного ДУ приведена на рнс. 8-2! Усчлнтель состоит нз дифференциального каскада, выполненного на транзисторах VI ш К2 с нагрузочными резисторами R\ и R2 н токопптающего каскада иа транзисторе КЗ, выполняющего роль генератора стабильного тока (ГСТ) для эмиттерной це-йн транзисторов VI и V2. Требуемый режим тразнстора V3 обеспечивается с помощью резисторов R5, R6, R7, а его температурная стабилизация - с помощью диода V4.

Входные сигналы могут подаваться на дифференциальный (Вх. 1 и Вх.2) и токопнтающнн (Вх. 3 и Вх. 4) каскады. Источник входного сигнала может включаться как между выводами Вх. 1 и Вх. 2 (симметричный вход), так и между общей точкой и выводами Вх. 1 и Вх. 2 (несимметричный вход). В первом случае оба полюса источника сигнала должны быть либо изолированы от общей точки схемы, либо источник сигнала должен иметь симметричный выход; во втором случае неиспользуемый вход соединяется с обшей точкой. При подаче сигнала на токо-питающий каскад (Вх. 3 или Вх. 4) одни из полюсов источника сигнала соединяется с общей точкой схемы. Источ1шк сигнала с двумя изолированными полюсами может подключаться между Вх. 3 и Вх. 4.

Выходное напряжение может сниматься между выводами Вых. 1 н Вых, 2 (симметричный выход) или с любого нз них относительно общей точки (несимметричный выход). При э>ш) Вых. 1 является инвертирующим для Вх. I н неинвертнрующпм для Вх. 2. Соот-етагвенно. Вых. 2 - инвертирующий для Вх. 2 и неинвертирующнЙ для Вх. 1.

Питание ДУ может осуществляться как от двух источников постоянного напря-ж*1Ня (рис. 8,1), так и от одного нсточника с искусственной средней точкой, получен-виГ( с помощью резистнвного делителя напряжения.

Большое число входов и вы.чодов обеспечивает широкие воэмож;10СТ1( введения и кдмбикнрованин отрицательных и положительных обратных связей для получения TpL-буемых качественных показателей усилителя, а также позволяет успешно согласовывать ДУ с предшествующими и последующими каскадами.

Основная задача ДУ - получить на выходе напряжение, пропорциональное раз-аостн потенциалов на входах и не зависящее от абсолютного значения входных напряжений, возможной нестабильности напряжения питания, температуры окружающей среды и других факторов, т. е.

t/ = (t/,„-t/,


Рис. 8.2. Типовая схема ДУ с трзазнсторным токопитающим каскадом

(8.1)

вых - vflxl - bks) KyU, где Kyu - коэффициент усиления ДУ по напряжению.

В идеальном случае ДУ не должен усиливать общий (синфазный) для обоих вхо-дг>з сигнал, так как постоянный уровень сигналов в ДУ подавляется в результате выигганин и не влияет на выходное напряжение. Однако практически полного подав-лмия постоянного уровня добиться трудно даже прн использовании интегральных тршзисторов и резисторов с идентичными параметрами. Поэтому в общем случае вы-хо.ое напряжение ДУ равно

= К,и - и„,) + «,,ф[/„,ф, (8,2)

/Су.сф - *оэффиЦиент усиления синфазного входного напряжения; t/ - напряжения между каждым из входов ДУ и общей точкой схемы, амплнгуды н фазы котйык совпадают.

Коэффициент усиления по напряжению - основной параметр ДУ. В случае ие-i симметричного выхода он равен

K,vi = tJ,,nU.,,-U, (8.3)

Присимметричном подключении нагрузки

V2=Двы + Шx2дав.l-tвx2)

(8.5)

Это означает, что дифференциальный коэффициент усиления напряжения Куц равен сумме двух плечевых Кущ и Куу2 коэффициентов усиления каскада.

Одним нз показателен качества работы ДУ является коэффициент ослабления син-U фазного входного напряжения

Сос.еф = *Су1;«,.сф.

Чем выше значение «„ссф, тем сильнее подавляется уровень синфазного сигнала.

В дифференциальном каскаде сумма эмитгерных токов транзисторов Vi и V2 не аависнт от напряжений на входах усилителя, а определяется режимом работы генератора стабильного тока, выполненного на транзисторе V3,

э, + э. = /.. «-

где /о - ток генератора стабильного тока.

При равенстве потенциалов на входе ДУ н при полной симметрии схемы значения вмнттерных токов будут равны между собой, т. е. /3, = /32 = V2 н соответственно токи коллекторов также будут равны

(8.8)

где 216 - коэффициент передачи тока транзистсч)а в схеме с общей базой.

При любых одновременных и одинаковых (синфазных) изменениях режима работы каждого плеча ДУ (за счет нестабильности питающего напряжения, температуры и т. п.) выходной сигнал практически не меняется, так как токи в цепях коллекторов не меняют своего значения. Прн появлении на входах ДУ разности потенциалов (дифференциальный сигнал) ток /о будет перераспределяться между транзисторами V\ и V2 в результате чего на выходе появится усиленное напряжение.

В практических схемах использования ДУ для балансировки каскада (выравни-вааия потенциалов коллекторов с требуемой точностью) на вход подается напряжение смещения U. К числу параметров ДУ относят средний входной ток - {ia\ "г + /д/2, а также изменения (дрейф) указанных величин н Д/. Чем меньше

Д1Усм и Д/вх. тем более качественно работает усилитель.

8.5. Характеристика интегральных микросхем на базе ДУ

В настоящее время промышленность выпускает большое количество интегральных ДУ как полупроводниковых, так и гибридных. Практически каждая серия современных аналоговых ИМС содержит дифференциальные усилители, которые отличаются технологией изготовления, значениями верхних граничных частот, степенью интеграции, напряжениями источников питания, уровнем схемной завершенности. Ниже рассматриваются некоторые типичные усилительные схемы на базе ДУ, которые по своим техническим показателям могут быть отнесены к усилителям общего назначения, способных выполнять как функции усилителей низкочастотных и высокочастотных сигналов, так и функции усилителей постоянного тока и широкополосных (импульсных) усилителей [I, 10, 14, 17, 25, 26, 29, 35, 36.

На рис. 8.3, а приведена достаточно простая схема однокаскздного ди.}х)еренци-ального усилителя на ИМС КП8УД1 (А, Б, В). Схема состоит из дифференциальной пары транзисторов VI, V4, с коллекторными нагрузками R\,Rb, генератора стаоил1г вого тока на транзисторе V2 н цепи смещения, состоящей из резисторов /?3, R4, «6

< 1-2232 1 61



и трянэнсторя V3 в диодном включении. Цепь смещения служит для задания режима работы генератора стабильного тока и температурной стабилизации этого режима Типовая схема включения И.МС К118УД1 приведена на рис. 83 6

Нсяаиналькые напряжения питания: ИМС К118УД1А-4В и + 4 В, а ИМС КИ8УДШ и К118УД1В-6,3 и +6,ЗВ. Допустимые отклонения напряжениий питания от номинальт1х значений ± 10%. Электрические параметры ИМС К118УД1 при номинальных напряжениях питания и разомкнутом выходе (R„ = оо):, (по выводу 7)= 1,0...1,3 мД (при [/„ = 0); (по выводу 14) = 1,8...2,4 мА

(прн [/, = 0),- У„, = 2,5...4,9 В (при (° = 25 °С и = 0); = ± 5 мВ; с«-не Солее ±50 мкВ/°С; = 10... 20 мкА; Д/,, = ± (2...4) мкЛ;


Рис. 8.3. Принципиальная схема ДУ на ИМС К118УД1 (о) и типовая ( его включения (б)

А:у1,= 15...22

(при [/„ =10 мВ и / = 12 кГц) 10 мВ я 1 = 5 МГц); Д«у„ = - 30...+45%; 3,..6 кОм; = 3...7 к0.ч.

и К,

:у[, = 5...8 (при ,,ф=60 дБ; Кг = 5%:

Оптимальным режимом работы ИМС считается режим при заземленном выводе 11. При этом через цепь смещения протекает ток

с» = <С„.п - иэъуз)/(Кэ + R,). (8.9)

Напряжагае 35,3 ориентировочно равно 0,7 В. Следовательно, для И,МС группы А ток смещения ГСТ, рассчитанный по формуле (8.9), составит 0,65 мА, а для ИМС групп Б и В (при и,,„ = ±6,3 В) этот ток равен приблизительно 1 мА.

Учитывая примерное равенство сопротивлений резнсторов R4 и R4, ток, протекающий в цепи ГСТ, оказывается практически равным току в цепи смещения. Для повышения коэффициента усиления схе.чы можно увеличить ток ГСТ путем параллельного соединения внутренних резисторов ИЛ1С R3 и R6 (выводы 8 и 12 при этом замыкают, а вывод 11 заземляют). Тогда ток в цепи смещения составит

с„ = (f „.„ - f э

:8.10)

* Приводимые члтеррчлы ци{)рг1выч ИМС (А, Б, В), а также р&злични.а

ШЛ плрзчегрта ИМС оЗуслэвлены рзэличнем групп к измереинЛ.

Из энергетических соображений и в целях повышения надежности схемы ток смещения не должен превышать 1 мА для ИМС группы А и 1,25 м А для ИМС групп Б и В. Из тех же соображений не следует шунтировать резистор/?2 внешним резистором, подключенным к выводам 2 н 14.

Сопротивление нагрузки, подключенное к выводам 5 или 9 относительно корпуса, рекомендуется выбирать не менее 20 кОм, в противном случае будет падать коэффи-фициент усиления ДУ [1].

.-tire ;»

„ ктди

1 Yf

to to to кГц


Kitauatsfi

-20 0 20 63 r б

Рнс. 8.4. Характеристики ИМС КПЗУД!:

а амплитудно-частотная; б - нагрузочная: о - зависимость коэффициента усиления от температуры окружающей среды при различных режимах ГСТ (/ - пы-1 вод 8 подключен к + „: 2 - вывод заземлен; 3 - вывод 8 заземлен)

На ряс. 8.4 приведены основные характеристики рассматриваемой ИМС, позволяющие судить о возможностях применения ДУ в различных электронных устройствах. Так. из рнс. 8.4, а видно, что верхняя граничная частота полосы пропускания усилителя составляет примерно 10* Гц. Следовательно, данную ИМС целесообразно использовать в качестве усилителя постоянного тока или УНЧ. В области высоких Ч1СТ0Т и для широкополосного усиления приведенную схему ДУ применять нельзя. Нагрузочная характеристика усилителя (рис. 8.4, б) показывает, что уменьшение /?« (ниже (18...20) кОм) приводит к значительному снижению коэффициента усиления схемы, а графики на рис. 8.4, в позволяют выбрать оптимальный режим ГСТ при различных температурных условиях эксплуатации усилителя.

Усилитель на ИМС серии К118 (рис. 8.3) является примером типичной усилительной схемы с использованием ДУ. Аналогичную схему и параметры имеют ИМС К1УТ181 (А, Б, В), К1УТ221 и др. [13, 16, 24, 25, 29, 36, 42], хотя их конструктивное а)ормление (тнп корпуса) могут быть различными.

Более сложные схемы ДУ на ИМС серии KI98 приведены на рис. 8.5. В серии К198 имеются две разновидносгн ИМС: многофункциональный усилитель общего назначения К198УТ1 (рис. 8.5, а) и универсальный линейный каскад К193УН1 (pic. 8.5, б). Конструктивно микросхемы оформлены в прямоугольном металлостек-лянном корпусе 401.14-4. Питание осуществляется от двух источников +6,3 В и -6,3 В с допустимыми отклонениями от номинальных значений +10 %.

Микросхема К198УТ1 представляет собой ДУ с выходными эмиттерными повторителями на транзисторах V\ и V6 (рис. 8.5, а), которые позволяют уменьшить выходное сопротивление схемы и тем самым улучшить согласование ДУ с последующими каскадами усилителя или с сопротивлением нагрузки. Основные параметры схемы (при /?„ = оо): 7.,, = 5 мА; t/M = + 5 В (для ИМС группы А) и t/= ± 12 В (для ИМСгруппыБ); At/(,„ = 30MKB/C (прн f = {-4Ъ...-\-Щ "С): /„=(10...20) мкА; Д/=(3...8) мкА; /Су = 20...70 (при t/,„x,<0.7B; «х2 = 0: =10 кГц); tз = 2,5B(пpиCг<10%;=10кГц);Co,,ф = 70дБ (при t/g,, =2,5 В; t/2 = -2.5 В); в = 0,7 МГц; R = b кОн; /?8ы=-0.5 кОн. Сопротивление нагрузки /?ц рекомендуется выбирать не менее 200 Ом. Коэффициент усиления ДУ можно регулировать, подавая на вывод 2 внешнее напряжение (отклю-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [ 26 ] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40]

0.0012