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]

ду), который связан с температурными изменениями t/бэ, не зависит от наличия обратной связи и по по-эядку величины равен 2 мВ/°С. Поскольку практически в интегральных схемах трудно достичь очень большого отношения сопротивлений при сохранении необходимой точности, максимальные значения Ki для данной . схемы обычно не превышают 1000.

При работе с малыми сигналами усиление пары транзисторов, охваченной параллельно-последовательной обратной связью, можно еще повысить за счет динамического сопротивления гд, диода Д1 в режиме прямого смещения, заменяющего 7?4, как показано на- рис. 4-22,6. Интересным и весьма полезным свойством такой схемы является стабильность усиления при изменении параметров и рассогласовании элементов. Если, например, значения сопротивлений удвоить, то коллекторные токи обоих транзисторов уменьшатся вдвое. Ток диода также уменьшится вдвое, а его динамическое сопротивление соответственно вдвое возрастает. Таким образом, отношение R2. и га остается неизменным, обеспечивая неизменность коэффициента усиления.

Транзисторные пары с параллельно-последовательной обратной связью обладают низким входным сопротивлением, как это следует из теории цепей обратной связи. В случае, если необходимо сравнительно высокое входное сопротивление (т. е. i?Bx порядка нескольких

Выход -о

Рис. 4-23. Транзисторная пара с последовательно-последовательной обратной связью.

килоом), вместо параллельно-последовательной обратной связи следует применить последовательно-последовательную, как показано на рис. 4-23. В такой схеме базовый ток первого транзистора поступает из источника. Поэтому источник должен обладать достаточно • низким сопротивлением по постоянному току и, кроме того, должен иметь «плавающий» относительно земли выход, как в случае усилительного каскада с трансформаторной связью (рис. 4-21,ia;).

Цепь с последовательно-поатедо-вательной обратной связью (рис. 4-23) обладает теми же преимуществами при подборе и сопряжении элементов, что и цепь с параллельно-последовательной обратной связью, и обеспечивает усиление по напряжению

KuRlra, (4-60)

где Га - динамический импеданс Гз. Поскольку Га обратно пропорционально току через Г», схема рис. 4-23, так же как и схема рис. 4-22,6, применяется лишь при усилении слабых сигналов. При высоких уровнях сигнала нелинейное, поведение Га может привести к зна-чи-тельным нелинейным" искажениям выходного сигнала.

Часто требуется усилительный каскад с большим входным импедансом и емкостной связью. При конструировании монолитных схем, когда применение значительных смещающих сопротивлений сопряжено с большими неудобствами, требования большого входного импеданса удовлетворяются схемой, изображенной на рис. 4-24. Здесь транзисторы Ту и Т2 образуют усилительный каскад с общим эмиттером по схеме Дарлингтона, имеющий коэффициент усиления по напряжению Ки-

Ku-R-JR,. (4-61)

Ветвь цепи, образованная транзисторами Гз и Г4 в диодном включении, обеспечивает опорный уро-



вень смещения на коллекторе Г4, равный постоянной составляющей напряжения на входе. Таким образом, при соединении этой точки со входом входной каскад становится самосмещенным. Принимая, что падение напряжения на R2 пренебрежимо мало, ЕкЩэ и токи h и /2 равны между собой, для величины смещающего напряжения Ui на входе получим:

Аналогично постоянное напряжение на выходе U2 определяется величиной Ri как

(4-63)

Максимальная амплитуда колебаний в цепи достигается при Ri= = V2i?3- Схема обладает высоким входным импедансом вследствие действия резистора Rz- Этот факт можно объяснить следующим образом. Если пренебрегать динамическим импедансом диодов или эмит-терными импедансами, усиление по напряжению между входными и коллекторными точками транзисторов Гз и Г4 такое же, как у идеального эмиттерного повторителя, т. е. точно единица. Таким образом, уровни напряжения на концах резистора Rz изменяются одинаково и цепь резистора Rz является как бы разомкнутой. Более точно при учете динамических .импедансов транзисторов эффективное значение Rz при работе с малыми сигналами можно записать как

R\----, (4 64)

R.R.

(rd + m-d + R,)

где Td - динамический импеданс диода (или эмиттерный импеданс). Общий входной импеданс цепи можно выразить в виде

{MR,R

jRbx == R\

Rb + R

(4-65)

где член в скобках есть входной импеданс, измеренный на базовом выводе Ti.

Вход „ 0-Ч1


Рис. 4-24. Самосмещенный каскад усиления с высоким входным импедансом.

Описанная схема позволяет повысить входной импеданс до уровня порядка 1 МОм при использовании обычных диффузионных резисторов.

4-7. СТАБИЛИЗАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОДЛОЖКИ

Хороший тепловой контакт между элементами интегральной схемы позволяет конструктору регулировать температурный режим, в котором функционирует схема, посредством стабилизации температуры подложки. Вследствие малой теплоемкости кристалла такая стабилизация не требует слишком больших затрат мощности. Регулирование температуры подложки осуществляется с помощью температурно-чув-ствительной схемы, установленной на той же самой подложке, что и стабилизируемая цепь. Схема регулировки температуры представляет собой управляемый нагреватель, поддерживающий подложку при постоянной повышенной температуре независимо от изменений в окружающей среде.

На рис. 4-25 показана функциональная блок-схема датчика температуры и контрольной цепи для стабилизации температуры подложки. Все элементы, необходимые для формирования такой системы регулировки температуры, могут быть выполнены в виде компонентов интегральной схемы. Известная температурная зависимость величин напряжения t/бэ может быть исполь-



Стабилизируемая цепь

Обратная связь

Даст тсяврх-тцры

Нагреватель

□ !

Рис. 4-25. Структурная схема стабилизатора температуры подложки.

зована для создания датчика температуры, а в качестве нагревателя можно использовать мощный транзистор. Для минимизации температурного градиента на пластинке стабилизируемая схема располагается симметрично по отношению к нагревателю и датчику температуры, а наиболее критичные элементы, такие, как входной каскад усилителя с большим коэффициентом усиления, помещаются возможно ближе к датчику. Пороговый уровень фиксируется таким образом, чтобы нагреватель действовал во всей области температур, представляющих интерес, и поддерживал температуру подложки на относительно постоянном "уровне, несколько выше максимальной возможной температуры окружаюидей среды. Уровень рассеиваемой мощности нагревателя определяется нижним пределом температуры ок-.ружающей среды и тепловым сопротивлением корпуса схемы. Обычно для обеспечения регулировки температуры кристалла в желаемых пределах при минимальном дополнительном расходе энергии необходима теплоизоляция между кристаллом и корпусом. В качестве такого изолятора обычно используют слой керамики. Таким способом возможно поддерживать постоянную температуру подложки с точ-

ностью не хуже ±5°С при изменении температуры окружающей среды на 180°С (например, от -55 до -Ы25°С) с дополнительной мощностью рассеивания <бОО мВт. Здесь уместно привести некоторые оценки, касающиеся величин теплового дрейфа и теплового рассогласования в интегральных схемах, чтобы иметь представление о степени тепловой связи между компонентами. При отсутствии регулировки температуры подложки тепловой дрейф рассогласования величин Мъ соседних транзисторов на кристалле может составлять всего лишь 10 мкВ/°С. Так как сама величина С/бэ изменяется с температурой со скоростью 2- мВ/°С, отсюда следует, что разность изменений температуры между двумя соседними транзисторами, находящимися под идентичными напряжениями, не превышает 0,002Х при изменении самой температуры на 1°С. В условиях стабилизации температуры подложки рассогласование дрейфов величин f/бэ может быть уменьшено до величины не более 0,5 мкВ/°С по отношению к изменению окружающей температуры, т. е. дрейф разности температур между соседними транзисторами удерживается в пределах 10-*°С при изменении температуры окружающей среды на 1-°С..

Как упоминалось в начале этой главы, весьма надежное согласоват ние интегральных элементов, так же как и тесный тепловой контакт между ними, обеспечивают конструктору интегральных схем разнообразный выбор новых технических средств. При их надлежащем воплощении (некоторые из них были рассмотрены в этой части) становится возможным конструировать монолитные аналоговые схемы, значительно превосходящие по своим характеристикам схемы на дискретных элементах.



[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