Усилители на ингегральных схемах (ИС) обладают рядом известных достоинств: высокой надежностью, небольшими габаритными размерами, малым потреблением энергии, хорошей повторяемостью параметров от образца к образцу и др. Однако их широкое применение в СП сдерживается рядом причин (недостаточно высокие частотные свойства каскадов усиления, относительно высокая стоимость и др.).
При изготовлении активных (транзисторы, диоды, стабилитроны и пр.) и пассивных (резисторы, конденсаторы и пр.) элементов ИС используют целый ряд достаточно сложных технологических операций: литографию, травление, окисление, диффузию, эпитаксию, нанесение пленок и др. В качестве усилительных элементов в ИС наиболее часто используют биполярный транзистор структуры п - р - п и МДП-транзистор. В последнем случае достигается более высокая степень интеграции, но существенно меньше предельная рабочая частота (до нескольких десятков МГц).
При разаботке ИС общее число пассивных элементов стремятся по возможности уменьшить, заменив их транзисторными структурами, технология изготовления которых проще и лучше отработана. Так, в ИС часто применяют специальные схемные решения, позволяющие благодаря использованию дополнительных транзисторов решить ряд задач, например: уменьшить сопротивления реальных резисторов, избавиться от фильтрующих и развязывающих конденсаторов, обеспечить малую температурную зависимость постоянных токов и т. д. В качестве примера можно назвать следующие базовые структуры ИС, подробно рассмотренные в [5]: схемы стабилизации режима по постоянному току, схемы - источники опорного напряжения, активные нагрузки, схемы сдвига уровня постоянного напряжения и др.
При разработке принципиальных схем интегральных усилителей стремятся исключить согласующие и выходные трансформаторы и минимизировать число конденсаторов, поскольку их реализация в интегральном исполнении крайне затруднена, а также использовать непосредственную связь между каскадами (рис.6.10). Условные обозначения различных типов усилителей в интегральном исполнении (помимо номера серии и порядкового номера разработки) имеют вид: УВ - высокой частоты, УН -низкой частоты, УР - промежуточной частоты, УИ - импульсных сигналов, УК – широкополосные, включая видеоусилители, УД - операционные и дифференциальные, УТ - постоянного
тока, УЕ – повторители, УП –прочие.
Наиболее высокую степень интеграции из усилительныхИС имеют так называемые схемы операционных усилителей (ОУ), которые благодаря высоким качественным показателям превратились в универсальные устройства для построения разнообразных узлов радиоэлектронной аппаратуры. Отметим некоторые параметры ОУ: коэффициент усиления по напряжению более 100 дБ, рабочая полоса частот от нуля до сотен мегагерц, входное сопротивление от десятков килоом до десятков мегом, выходное сопротивление порядка сотен Ом, неискаженная мощность от десятков милливатт до единиц ватт.
Обычно ОУ состоят из нескольких дифференциальных каскадов и относительно мощного бестрансформаторного двухтактного выходного каскада. Иногда между дифференциальным усилителем (ДУ) и усилителем мощности (УМ) включается устройство, осуществляющее переход от двухфазного сигнала к однофазному (УП). На рис. 6.22 показана структурная схема ОУ и знаками «+»и «-» отмечены фазы напряжений усиливаемых сигналов. Видно, что фазы сигналов на входе 1 и выходе совпали. В этом случае вход называют прямым относительно выхода. Фазы сигналов на выходе и входе 2 противоположны, вследствие чего такой вход называют инверсным.
Дифференциальный каскад является наиболее распространенным каскадом предварительного усиления. Упрощенная схема дифференциального каскада, который может использоваться в качестве ДУ в схеме ОУ (см. рис. 6.22), представлена на рис. 6.23.
Рис. 6.22. Операционный Рис. 6.23. Упрощенная схема
усилитель дифференциального каскада(ДУ)
Каскад питается от двухполярного источника постоянного напряжения (источника питания), имеющего среднюю точку, подсоединенную к базам транзисторов Т1 и Т2 через источники усиливаемых сигналов (Ес1, Rс1 и Ес2, Rс2 ),т. е. эти источники должны пропускать постояпный ток. Идеальный каскад симметричен относительно вертикальной оси, т. е. параметры транзистора Т1 равны соответствующим параметрам транзистора Т2, сопротивления резисторов Rк1 и Rк2 равны между собой, а к обоим входам (Вх1 и Вх2 ) должны подключаться одинаковые источники усиливаемых сигналов, ЭДС которых, однако, должны быть в противофазе. Если имеется только один источник усиливаемого сигнала, второй вход каскада по постоянному току соединяется со средней точкой источника питания.
Для обеспечения высокой стабильности режима по постоянному току двухполюсник Rэ выполняется в виде специальной схемы, называемой генератором стабильного тока (ГСТ), сопротивление которого постоянному току стремится к нулю, а переменному току - к бесконечности.
Входное сопротивление каскада со стороны входа 1 (или входа 2) Rвх= 2h11э+ Rс .Коэффициент передачи по ЭДС от входа 1 к выходу1 Ке11= h21э Rк/2( h11э+Rс), а от входа 1 к выходу 2 Ке12=-Ке11.
Очевидно, дифференциальный коэффициент передачи каскада по ЭДС, определяемый как Кедиф = U12/Ес (U12- выходное напряжение между коллекторами транзисторов, т. е. между точками 1 и 2 на рис. 6.23), будет равен Кедиф = h21э Rк/2( h11э+Rс).
Замечательной особенностью дифференциального каскада является способность усиливать дифференциальные сигналы (напряжения котрых на входах каскада равны по величине и противоположны по фазе, как показано на рис. 6.23) и подавлять синфазные (напряжения которых на входах равны по величине и фазе. Это свойство позволяет широко использовать межкаскадные цепи с непосредственной связью, так как возмущения, обусловленные нестабильностью режимов работы по постоянному току предыдущих каскадов, являются относительно входов данного каскада синфазными сигналами. Следовательно, эти возму
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.