Главная  Интегральный монолит 

[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] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

такая точка опорного напряжения должна обладать очень низким импедансом для переменного тока и очень стабильным постоянным напряжением, не зависящим от мощности нагрузки и изменений температуры. В больщннстве случаев лишь одно из этих требований - низкий импеданс или стабильность постоянного напряжения - имеет первостепенное значение. Устройства, которые в первую очередь удовлетворяют требованию низкого -импеданса, известны как источники напряжения, тогда как устройства, специально сконструированные для создания напряжения, независимого от мощности нагрузки и изменений температуры, называются схемами опорного напряжения.

Каскад источника напряжения обычно используется для создания независимого уровня смещения в схеме. В этих случаях низкий импеданс источника напряжения по переменному току необходим для развязки соседних усилительных каскадов. Примером такого применения источника напряжения является его использование для формирования общего смещения во входном каскаде дифференциального усилителя. На рис. 4-7 показаны некоторые из практических схем источников напряжения для интегральных структур. Схема рис. 4-7,а представляет эмиттерный повторитель, обладающий низким входным импедан-


) 4г-

Рис. 4-7. Практические схемы источников напряжения

а - каскад с -общим .коллектором; б - каскад с температурно-компенсированным лавинным диодом; в - каскад с диодной цепочкой.

СОМ. Он применяется в- качестве источника напряжения с выходным напряжением U, определяемым согласно выражению

Заметим, что в этой схеме диод Д1 .в цепи смещения используется для компенсации постоянного значения и температурной зависимости падения напряжения на Ti. Ток транзистора Ti создает необходимое смещение в нагрузочных каскадах Z-s3, Применяя гибридную П-образную модель транзистора (рис. 2-10), сопротивление Ro со стороны эмиттера Ti можно записать в виде

(4-18)

Из-за резистивного характера цепи смещения на рис. 4-7,а напряжение смещения Ucu и выходное напряжение L/h зависят от величины напряжения питания Е. Этой зависимости можно избежать, используя цепи смещения, изображенные на рис. 4-7,6 и е. В каждой из них импеданс в точке смещения А достаточно низок, так что не возникает необходимости в дополнительном эмиттерном повторителе. Источник постоянного тока / можно имитировать, помещая между £к и f/см резистор с сопротивлением, значительно превышающим импеданс в точке А.

Выходное напряжение схемы рис. 4-7,6 равно:

Ucu-Uou+Uty,, (4-19)

где С/оп -опорное напряжение стабилитрона Дпр. Диод Дх используется для частичной компенсации положительного температурного коэффициента С/оп (см. § 2-2). В монолитных схемах комбинацию диодов Дпр иД} удобно осуществлять в виде одного транзистора с двумя отдельными эмиттерами, как показано на рис. 2-21. Сопротивление, измеренное на выходе, запишется:

i?c = /?hp-f-,- (4-20)



где /пр - динамический импеданс стабилитрона. Для типичных интегральных структур Rnp составляет 40-100 Ом. Так как напряжение лавинного пробоя перехода база - эмиттер (диод Дщ,) фиксируется самим процессом изготовления интегральной схемы, напряжение t/см в схеме рис. 4-7,6 ограничено пределами 6,5-9 В. Рисунок 4-7,в иллюстрирует, как с помощью набора диодов или транзисторов в диодном включении можно имитировать источник напряжения Ucm

Ucu=nUcs, (4-21)

с выходным импедансом

где п есть число диодов в цепи. Такой источник напряжения имеет большую отрицательную температурную зависимость, мВ/C:

дУбэ дТ

- 2п. (4-23)

Поскольку для каждого диода требуется отдельная изолированная область, цепь с большим числом диодов может занимать значительную часть площади кристалла.

В некоторых приложениях интегральных схем бывает необходимо


-Рис. 4-8, Каскады с несколькими источниками напряжения от одного опорного напряжения.

о - в дискретном исполнении; б - в монолитном исполнении с использованием транзистора. с несколькими эмиттерами.


± а;

Рис. 4-9. Дополнительные схемы источников напряжения.

получить несколько источников напряжения от одного опорного напряжения, развязанных друг от друга таким образом, чтобы сигнал переменного тока был относительно изолированным от остальных. В. дискретных приборах этого можно достичь вводя, соответствующее количество каскадов эмиттерных повторителей (рис. 4-8,й). Однако, используя конструктивные преимущества монолитных схем, эту задачу можно решить при помощи транзистора с несколькими эмиттерами (рис. 4-8,6).

Источник напряжения с нужным импедансом можно получить также, применяя транзистор с параллельной обратной связью, как видно из рис. 4-9. Принцип работы такой схе-?лы лучше всего можно понять на примере основной схемы рис. 4-9,а. Падение напряжения на R2 равно напряжению база - эмиттер Оба транзистора Ti. Пренебрегая базовым током Ti, можно считать, что токи через Ri и R2 равны между собой. Поэтому выходное .напряжение выражается через f/бэ согласно

и си = h(R-\~R.)=U6s(l-\~-) .

(4-24)

Заметим, что благодаря обратной связи через Ri ток транзистора /1 автоматически поддерживается таким образом, чтобы значения h и Ucu были относительно независи-



мы от напряжения питания. Схема на рис. 4-9,а представляет собой удобную замену источника напряжения с диодной цепочкой (рис. 4-7,в), когда требуется большое число диодов. Используя гибридную П-образную модель транзистора, для сопротивления в точке А можно получить:

Г4-2Б)

где 5т - крутизна характеристики Tl. Для большинства приложений величина лежит в диапазоне 50--200 Ом.

На рис. 4-9,6 представлен модифицированный вариант основной схемы с параллельной обратной связью, который может быть использован для получения большого постоянного напряжения без применения стабилитронов с высоким напряжением пробоя. Считая, что Дпр - обр атносмещенный переход база - эмиттер с напряжением пробоя С/пр, выходное напряжение можно представить как

C/cM=(f/i+C;6o)(l-hi?i/?2). (4-26)

Схема рис. 4-9,6 особенно полезна для высоковольтных интегральных схем, где ее можно использовать либо в качестве источника высокого напряжения (20 В<С/см< <100 В), либо для замены высоковольтного стабилитрона в цепях зашиты от перенапряжения.

4-3, СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТАЛОННОГО (ОПОРНОГО} НАПРЯЖЕНИЯ

При конструировании различных аналоговых схем, таких, как усили-тепи с Малым дрейфом или стабилизаторы напряжения, часто бывает необходимо иметь в цепи внутреннее опорное напряжение. В отличие от источников напряжения в этих случаях главный упор делается не на достижение низкого выходного напряжения, а иа температурную стабильность опорного напряжения. Обычно от: генератора опорного на-


Рис. 4-10. Схема получения температурно-независимого опорного напряжения.

пряжения требуется температурная стабильность не хуже 10- 1/"С. Температурные коэффициенты большинства интегральных приборов и элементов монолитных схем значительно превышают эту величину. Однако при хорошем подборе и сопряжении (Параметров интегральных элементов и качественном тепловом контакте на кристалле возможно добиться компенсации тепловых дрейфов до уровня порядка 10-*. На рис. 4-10 показана практическая схема генератора опорного напряжения [/ош обладающего очень низким температурным коэффициентом. Стабилитрон Дцр питается постоянным током /о и вырабатывает напряжение смещения f/on с положительным температурным коэффициентом (обычно +3 мВ/°С). Температурная зависимость напряжения [/бэ на Tl и Д1 составляет около 7 мВ/С на катоде Д1. Аналогично температурное изменение падения напряжения на Дг обусловливает температурную зависимость на аноде Дг около 2 мВ/°С. Таким образом, связывая эти две точки посредством резисторов Ri и Ri, можно добиться при соответствующем подборе Ri и нулевого температурного коэффициента опорного напряжения t/on. Величина [/оп определяется выражением

• V-on "--

... .(4-27)



[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] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0009