честве источников опорного напряжения, которые были рассмотрены выше, а также в выходных каскадах аналоговых интегральных схем для обеспечения большой нагрузочной способ-

*Vcc о

Фиг. 3.16. Эмиттериый повторитель.

а-основная схемная конфигурация; б-выражения, описывающие характеристику по переменному току

ности. Некоторые конфигурации выходного каскада будут рассмотрены нами позже в этой главе.

3.7. КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ

Каскады усиления, применяемые в аналоговых интегральных схемах, являются обычно промежуточными, расположенными между входной схемой и выходным каскадом. Вследствие

ИЗОЛЯЦИИ ОТ внешних по отношению к схеме воздействий, вызванной промежуточным расположением, требования к промежуточным каскадам при их проектировании несколько слабее, чем для входных или выходных каскадов, которые должны стыковаться с источниками сигналов и различными нагрузками.

Усилительный каскад, как показывает его название, служит главным образом для повышения уровня сигнала, поступающего от входного каскада, до амплитуды, достаточной для раскачки

Фиг. 3.17. Выбор типа каскада промежуточного усиления.

выходного каскада. Конкретный тип усиления сигнала, обеспечиваемого этим промежуточным каскадом, может быть нескольких видов в зависимости от сопротивлений входного и выходного каскадов. Например, если выходное сопротивление входного каскада очень мало (как это имеет место в каскаде эмиттерного повторителя) и если входное сопротивление выходного каскада очень велико (опять-таки в случае эмиттерного повторителя), то наиболее подходящим был бы усилительный каскад с усилением по напряжению. С другой стороны, если сопротивления входного и выходного каскадов обратчы указанным выше, то наиболее подходящим будет каскад с усилением по току. На фиг. 3.17 в виде таблицы даны входные и выходные сопротивления для четырех типов усилительных каскадов. Обычно коэффициенты усиления по току и напряжению, обеспечиваемые этим каскадом, составляют основную часть высокого суммарного коэффициента усиления, получаемого в аналоговых интегральных устройствах, таких, как операционные усилители и токовые бустеры.

Каскады усиления несут дополнительную функцию внутреннего сдвига постоянного уровня напряжения, появляющегося во входном каскаде. Напряжение необходимо сместить до уровня, который дает возможность соответствующим образом согласовать выходной каскад с предназначенной для него нагрузкой. Например, в операционных усилителях каскад усиления должен обеспечить такой сдвиг уровня по постоянному току, чтобы постоянная составляющая напряжения на выходе была равна нулю. Каскады усиления, применяемые в компараторах напряжения, рассчитываются на согласование с выходным каскадом таким образом, чтобы уровни выходного напряжения были совместимы с конкретным типом логических устройств.

С целью удовлетворения специфических критериев создается все большее число разнообразных конфигураций усилительных каскадов. Относительность достоинств таких схем создает трудности в определении основной схемы усилительного каскада. Тем не менее можно указать несколько типов, которые нашли широкое применение и отражают основные приемы разработки, встречающиеся обычно в данном каскаде.

Первой мы рассмотрим схему каскада усиления на фиг. 3.18, которая представляет собой основной дифференциальный усилитель с использованием /?«р-транзисторов. Этот /?п/?-усилитель-ный каскад возбуждается от подобного ему входного каскада дифференциального усилителя прп-тта. Несимметричное выходное напряжение, получаемое с усилительного каскада, возбуждает эмиттериый повторитель, который служит для согласования с выходным каскадом.

Для обеспечения усиления по напряжению и сдвига уровня во многих аналоговых интегральных устройствах применяется дифференциальный усилительный каскад прп - рпр-тта. Уровень сдвига по постоянному току, который появляется в первом дифференциальном каскаде, в значительной мере компенсируется усилительным каскадом и эмиттерным повторителем. Сдвиг уровня в усилительном каскаде обеспечивается за счет использования транзисторов с противоположным по отношению к входному каскаду типом проводимости; переходы база - эмиттер обеспечивают эффект нейтрализации.

Для регулировки сдвига выходного напряжения удобной частью схемы является токовое зеркало. Изменение коэффициента усиления зеркала по току можно использовать как средство для регулирования напряжения покоя на коллекторе транзистора q4. Поскольку эмиттериый повторитель сдвигает уровень на почти неизменную величину, равную падению напряжения на одном смещенном в прямом направлении переходе, регулировка напряжения на коллекторе транзистора Qi будет непосредственно передаваться на выходной каскад,