Главная Промышленная автоматика.

многие недостатки этих основных схем путем их незначительной модификации.

Далее мы рассмотрим некоторые специальные схемные структуры, обладающие уникальными свойствами, которые позволяют устранить ряд ограничений, присущих производству или разработке, которые не могут быть исключены путем незначительных схемных изменений. В этой главе мы рассмотрим также схемы, разработанные для выполнения в подсистемах специальных функций, таких, как аналоговое умножение и коммутация аналоговых сигналов.

ОСНОВНЫЕ БИПОЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ

3.1. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Схема дифференциального усилителя является наиболее важным законченным унифицированным узлом в аналоговых интегральньж устройствах. Поскольку дифференциальный усилитель выдает усиленный сигнал, линейно зависящий от разности двух входных сигналов, схему часто называют разностным усилителем.

ДифферЕНциалтш усилитель

"вых

Фиг. 3.1. Блок-схема идеального операционного усилителя, выход которого. является линейной функцией дифференциального сигнала на входе:

вых==д("2-"1)-

На фиг. 3.1 символически представлен дифференциальный усилитель, имеющий на рходе два напряжения о, и v, а на выходе - напряжение Ивых- Выход идеального дифференциального усилителя линейно зависит от разностного входного напряжения ид, выраженного через дифференциальный коэффициент усиления Лд:

вых = Лд (t)2 - Ol) = ЛдОД. (3.1)

Таким образом, мы видим, что любой сигнал, общий для обоих входов, подавляется в результате вычитания и не будет влиять на выходное напряжение. Однако этот идеальный случай не



может быть достигнут на практике, так как напряжение на выходе усилителя всегда будет в некоторой степени зависеть от синфазных характеристик усилителя и входного напряжения в соответствии с выражением

Vbux = ЛдОд -f Лсинфсинф, (3.2)

где Лсинф - коэффициент усиления синфазного напряжения, а гсинФ - среднее значение двух входных сигналов, т. е.

1сииф==4(2 + fl)- (3.3)

Показателем качества, используемым для оценки возможностей реального дифференциального усилителя, является коэффициент ослабления синфазного сигнала, определяемый как

косс =

"сииф

(3.4)

Очевидно, чем больше КОСС, тем ближе реальньш дифференциальный усилитель подходит к идеальному случаю, где Л с1шф= . = 0.

На фиг. 3.2 показана основная схемная структура дифференциального усилителя (/о представляет собой источник неизменного тока. Расчет этой схемы и ее реализация описаны в разд. 3.3). Уникальные свойства дифференциальных усилителей определяются в основном симметрией двух половин схемы. Будучи балансной, эта конфигурация идеально подходит к производству интегральных схем, поскольку монолитным компонентам внутренне присущи близкое расположение приборов и согласованность их характеристик.

В начале анализа основного дифференциального усилительного каскада (фиг. 3.2) допустим, что оба резистора и транзистора точно согласованы, а ток /о делится поровну между двумя половинами схемы. Кроме того, если предположим равными входные напряжения (vi = V2), то получим полностью симметричную схему с двумя зеркально отображаемыми половинами. Такого вида схему лучше всего анализировать с помощью теоремы бисекции, доказательство которой приведено в работах [10, 13]. Ввиду симметричности схемы эта теоре.ча позволяет а«ализировать только одну половину полной схемы (фиг. 3.3). Используя обычный схемный анализ, можно найти синфазный коэффициент усиления в виде

л "вых Sc

(3.5)

сннф

где 2/?о - сопротивление источника тока (/о/2), а -крутизна транзистора Q. (Отсюда видно, что для того, чтобы



се о

Щых,

-Vee


Фиг. 3.2. Схема основного дифференциального каскада усиления,

о-до бисекцци; б -после бнсекции.





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 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144

0.0034