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]

теля. Это основное ограничение не существует в схемах, построенных на униполярных или полевых транзисторах.

Высокие входное и выходное сопротивления активных устройств позволяют применять их в последовательно соединенных каскадах переменного тока, в особенности на высоких частотах, используя для межкаскадной связи монолитные конденсаторы. На рис. II-5 показана схема усилительного каскада малой мощности, предназначенная как раз для этих целей. Эта специальная схема была разработана как многофункциональный усилительный элемент для биомедицинских телеметрических систем. Она может работать или в качестве высокочастотного усилителя, илп в качестве амплитудного детектора в зависимости от выбора сопротивления резистора смещения. Схема питается от одной ртутной батареи, имеющей напряжение 1,35 В. При малых уровнях мощности входное и выходное сопротивления схемы достаточно высоки, что облегчает выполнение межкаскадной связи по переменному току на высоких частотах с помощью монолитного конденсатора емкостью 20 пФ.

В качестве резисторов Ri и Rz на рис. 11-5 использованы резисторы с ограниченным поперечным сечением, формируемые на этапе диффузии базы, которые имеют сопротивление слоя около 40 кОм на квадрат. Такое больщое значение сопротивления слоя резисторов с ограниченным поперечным сечением получено благодаря применению биполярных транзисторов с очень тонкой базой, подобных тем, которые были описаны в гл. 2. При напряжении источника питания £1-1,35 В пробой тонкой базы опасности не представляет. Если все транзисторы хорошо согласованы, а заданное отношение сопротивлений резисторов RjRz хорошо выдерживается при их изготовлении, то рабочая точка каскада благодаря


Рис. 11-5. Каскад усиления малой мощности с автосмещением.

цепи автосмещения не будет выходить за пределы активной области. Через транзисторы Ti, Tz и Тз, Ti протекают одинаковые постоянные составляющие токов. Следовательно, если транзисторы хорошо согласованы, то

С/бэ1=С/бэ2 и С/бэз=С/бэ4. (11-5)

Уровень постоянной составляющей выходного напряжения С/вых можно автоматически установить равным EJ2 независимо от абсолютной величины сопротивлений резисторов Ri и Rz только путем выбора отношения сопротивлений:

=2 (1 - ieajj. (11.6)

Так как отношение сопротивлений резисторов с ограниченным поперечным сечением можно при их изготовлении выдержать весьма точно (в пределах ±10%), уровни смещения в схеме относительно нечувствительны к разбросу абсолютной величины сопротивлений этих резисторов. Если использовать эту схему в качестве высокочастотного усилителя, то можно получить коэффициент усиления по напряжению около 24 дБ на частоте 500 кГц при полной рассеиваемой мощности менее 11 мкВт и напряжении источника . питания £к= t=l,34 В. Одной из наиболее широко распространенных аналоговых схем малой мощности является операционный усилитель. На рис. 11-6




КиВертируе -мый Вход

OCDO, Смещение

Рис. 11-6. Схема операционного усилителя малой мощности.

приведена практическая принципиальная схема операционного усилителя малой мощности. Резисторы Ri и Ri предусмотрены в этой схеме только для защиты выхода от короткого замыкания. Резистор R является внешним и нужен для установки уровней смещения в схеме. Если предположить, что коэффициент усиления по току р транзисторов п-р-п типа достаточно велик, то токи покоя h и /9 будут связаны с внешним током смещения /б следующим соотношением:

(11-7)

где Й1, a и Й9 - площади эмиттеров транзисторов Д1, T и Tq соответственно.

Во входном каскаде маломощного усилителя использованы диод Дг и транзистор Гз в качестве активной нагрузки (см. рис. 5-7) для того, чтобы обеспечить большой коэффициент усиления по напряжению и-преобразовать дифференциальный входной сигнал в одиночный выходной сигнал, снимаемый относительно земли. Далее этот сигнал подается для усиления на второй каскад, который выполнен на транзисторах Г4 и Г5. Для того чтобы сохранить неизменной потребляемую мощность, в качестве выходного используется каскад, работающий в режиме класса Б, подобный каскаду на pHci 5-13. При сравнительно небольших значениях сопротивления на-

грузки (ih<10 кОм) коэффициент усиления схемы по напряжению зависит от сопротивления внешнего резистора нагрузки и приближенно выражается в виде соотношения

KuppnSrR., (11-8)

где 5т1 -крутизна транзистора Ти Рр - коэффициент усиления по току транзистора р-п-р типа; ;р„ - коэффициент усиления по току транзистора п-р-п типа.

При незначительном насыщении транзисторов схема рис. 11-6 может работать при напряжении источника питания Дк>4С/бэ и обеспечивать при этом размах выходного напряжения (двойная амплитуда)

.макс - (Дк - Яэ) - ЗС/бэ. (11-9)

При работе с источниками питания £«=3 В, £э=-3 В и сопротивлении нагрузки /?н=10 кОм операционный усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению 80 дБ. Рассеиваемая мощность при этом составляет около 300 мкВт. На рис. 11-7 показана схема входного каскада операционного усилителя малой мощности с внутренним смещением. Видно, что во входном каскаде усилителя предпочтение отдано транзисторам р-п-р типа. При малых токах требование высокого входного сопротивления можно удовлетворить даже при средних значениях коэффициента усиления по


Г>1

Рис. 11-7. Схема входного каскада операционного усилителя малой мощности с внутренним смещением.



току транзисторов р-п-р типа- Например, если транзистор р-п-р типа имеет р=10, то при коллекторном токе 1 мкА входное сопротивление схемы будет равно приблизительно 0,5 МОм. Отсюда следует вывод, что при работе в режиме малой мощности транзпсторы р-п-р типа можно использовать во входных каскадах, не ухудщая при этом характеристики схемы.

Схема входного каскада на рис. 11-7 имеет внутреннее смещение, выполненное в виде источника тока на транзисторах T и Гю. На основании анализа, приведенного Б § 4-1 [см. формулы (4-13) и (4-14)], связь между токами h, /о и /г можно выразить в виде

(11-10)

(11-11)

Полагая, что сопротивления резисторов Ri и Rz достаточно велики [см. формулы (4-11) и (4-12)], отношение токов /о и h можно записать Б виде

(11-12)

Если предположить, что Ri=Rz, то из равенств (11-10) и (11-11) следует Ii==Iz. Тогда из (11-10) и (11-12) получим:

(11-13)

Из формулы (11-13) видно, что величина тока А не зависит от напряжения источника питания, а определяется лишь тепловым напряжением С/т и отношением сопротивлений. Так как С/т мало, для задания необходимого уровня смещения не требуютсярезисторы с большим сопротивлением. Заметим, что для работы такой схемы смещения напряжение источника питания должно быть равно всего лишь удвоенному напряжению С/бэ плюс падение напряжения С/кэ-

На рис. 11-8 показана еще одна схема операционного усилителя малой мощности, которая обладает некоторыми особенностями, присущими обычным операционным усилителям. Например, в ней предусмотрена защита выходных цепей от короткого замыкания. Уровень напряжения смещения в этой схеме задается с помощью внешнего резистора, присоединяемого к выводу эмиттера транзистора Гз. Такой способ смещения в некоторой степени аналогичен описанному выше на рис. 11-6. Входной каскад усилителя выполнен в виде обычного дифференциального усилительного каскада, в котором в качестве нагрузки использованы согласованные пары резисторов с ограниченным поперечным сечением (Ri-i-Rs) и (Rz+Ri)- Полная величина сопротивления нагрузки при этом равна приблизительно 1 МОм. Величина коллекторного тока во входном каскаде не превышает 1 мкА, при этом падение напряжения на резисторах нагрузки, очень невелико и проблема пробоя резисторов с ограниченным поперечным сечением снимается. Благодаря присоединению конденсаторов к резисторам коллекторной нагрузки обеспечивается частотная компенсация входного каскада.

Схема второго каскада усилителя подобна приведенной на рис. 5-8. Транзисторы Tiz и Г13 используются здесь в качестве активной нагрузки. Каскады на транзисторах Тц и Г15 являются буферными эмиттерными повторителями, через которые осуществляется передача сигнала на выходной каскад, работающий в режиме класса Б. Для уменьшения выходного сопротивления выходного каскада сигнал на него подается через схемы Дарлингтона, построенные на транзисторах Гао, Г24 и Ггз, Г25, причем транзисторы Г25 и Ггз - р-п-р типа. Транзисторы Гае и Г27 при нормальной работе схемы отключены и используются лишь для защиты выходных цепей усилителя при корот-



[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]

0.0018