Запорожец  Издания 

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 ] 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193

, 5,1 Smith К, С. Microelectronic Circuits, Holt, Rinehart and Winston, 1982.

суппе! R G. Operational Amplifiers, Reston, 1983,

United Technical Publications, Modern Applications of Integrated Circuits, TAB

WnufV. Introduction to Operational Amplifier Theory Applications, McGraw Hill. 1975.

WongY- J., on W. E. Function Circuits, McGraw-Hill, 1976.

Активные фильтры.

Ваштоп P. Active Filters for Communications and Intstrumentation, McGraw« Hill, 1979.

Garrett P. И. Analog I/O Design, Reston, 1981,

Haykin S. S. Synthesis of RC Active Filters, McGraw-Hill, 1969,

Hilburn J. L., Johnson D. E. Manual of Active Filter Design, McGraw-Hill, 1973,

Huelsman L. P., Allen P. E, Introduction to the Theory and Design of Active FIN

ters, McGraw-Hill, 1980. Johnson D. E,, Hilburn J. L, Rapid Practical Designs of Active Filters, Wiley,

1975.

Lam H. Y.-F. Analog and Digital Filters, Prentice-Hall, 1979. Tedescht F. P. The Active Filter Handbook, TAB Books, 1979, Williams A, B. Active Filter Design, Artech House, 1975.



Глава 6. Проектирование схем ОУ

6.1. Анализ схем ОУ

Сначала рассмотрим внутреннюю схемотехнику ОУ. Она тесно связана со схемотехникой аналоговых ИС других типов. Обобщенная структурная схема ОУ показана на рис. 6.1. Она содержит два каскада усиления и эмиттерный повторитель на выходе. Коэффициент усиления по напряжению каждого из двух каскадов усиления обычно лежит в пределах от 300 до 1000, а коэффициент усиления каскада эмиттерного повторителя примерно равен единице, поэтому общий коэффициент усиления на низких частотах ОУ без обратной связи ~105-10« (100-120 дБ).

Выходной каскад эмиттерного повторителя имеет выходное сопротивление, позволяющее усилителю работать на достаточно низкоомную нагрузку. Этот каскад имеет двухтактную конфигурацию, так что ОУ может работать либо как источник (т. е. го > 0), либо как потребитель {ig < 0) выходного тока.

Как и в других ИС, все каскады ОУ непосредственно связаны друг с другом, т. е. в схеме отсутствуют межкаскадные или другие «обходные» емкости. В большинстве случаев схемотехника ОУ рассчитана на хорошо согласованные транзисторы и резисторы, что вполне достижимо на ИС. Хорошее согласование достигается за счет того, что элементы схемы размещены очень плотно на одном кристалле кремния и формируются одновре.менно, за один технологический цикл. Кроме того, поскольку конденсаторы и резисторы с большим сопротивлением (более 50 кОм) занимают значительи>ю площадь на кристалле ИС и оказывают нежелательное паразитное влияние, при проектировании схемы эти элементы стараются не включать, отдавая предпочтение транзисторам или диодам.

Для устойчивой работы в режиме с обратной связью необходимо свести к минимуму общий фазовый сдвиг ОУ без обратной связи. В результате минимизации получают более высокое значение fm", а также соответствующую частоту единичного усиления /ц, поэтому возрастает и произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания. Поскольку каждый каскад усиления вносит дополнительный фазовый сдвиг, необходимо минимизировать число каскадов усиления при сохранении большого коэффициента усиления по напряжению всего усилителя (без обратной связи).Первые интегральные ОУ имели три каскада



гиления, в настоящее же время почти все ОУ имеют только два каскада, поэтому для получения общего большого коэффициента усиления без обратной связи (10-10) каждый каскад должен иметь очень большой коэффициент усиления

ОУ на полевых транзисторах являются исключением из общего правила двухкаскадных усилителей. Полевые транзисторы используют либо только во входном каскаде, либо везде в схеме ОУ; преимуществами таких ОУ являются очень высокое входное сопро-

VjO-

v,0-

циалшаго


Рис. 6.1. Обобщенная структурная схема ОУ.

тивление и очень низкий входной ток смещения. Однако из-за очень малой передаточной проводимости полевых транзисторов и, следовательно, коэффициента усиления по сравнению с биполярными транзистора.ми некоторые ОУ на полевых транзисторах имеют три каскада усиления.

бЛЛ. Частотная характеристика ОУ без обратной связи. Проведем теперь анализ частотной характеристики ОУ без обратной связи Для этого используем схему на рис. 6.2, в которой второй каскад усиления и выходной каскад эмиттерного повторителя показаны в виде усилителей с коэффициентами усиления -А II +1 соответственно. Конденсатор обратной связи, или корректирующий конденсатор, С„ показан подключенным только ко второму каскаду, хотя в действительности он должен охватывать обратной связью и второй и выходной каскады, но эффект при этом практически такой же.

Для анализа этой схемы запишем уравнения

ic « io, = gioi, ic = (vo - ViJ j(aCc = {vo + Vol A >) j<aCc = = Vo{l + lM2)/(0Ce,

(6.1)

откуда

(6.2)

vo (o/[/«C, (1 + \/A,)] = 2g,Vt/[j(uC, (1 + l/A)]. (6.3)

3 виде° поэтому последнее уравнение можно переписать

Vo « 2gfii/jaCc,

(6.4)



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 ] 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193