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

ума для схемы, содержаи1ей дифференциальный усилитель Дарлингтона, должно вычисляться по формуле

= [(21/, q) + гьь]. (6.89)

Используя данные предыдущего примера. Iq = 25 мкА и - 150 Ом, получим

= 6,40.10-20(2150 Ом) = 1,377.10"" ВГц. (6.90)

Среднеквадратичное значение напряжения шума равно

(noise) = 11,7 нB/Гц/.

Если ширина полосы пропускания по уровню 3 дБ равна 10 кГц, то общее напряжение шума равно 1,47 мкВ.

6.2.11. Входной ток шума. На входной ток смещения накладываются незначительные случайные флуктуации (дробовой шум), точно так же как и в случае коллекторных токов. Среднеквадратичное значение входного тока шума (спектральная плотность) определяется выражением innoise) = {2д1вУ, где /в -входной ток смещения (или базовый ток).

При Iq = 25 мкА и р = 50 (мин.) входной ток шума двухтранзисторного дифференциального усилителя равен

innoise) = (2/B)" = [2(/q/2)/P] = 0,283 пА/Гц. (6.91)

Для ди()ференциального усилителя Дарлингтона с этими же Iq и р входной ток шума составляет всего 0,040 пА/Гц, т. е. много меньше.

Таким образом, хотя напряжение входного шума схемы Дарлингтона в раз больше, чем у двухтранзисторного дифференциального усилителя, входной ток шума много меньше. Это означает, что если применяется источник входного сигнала с очень большим внутренним сопротивлением, то с точки зрения отношения сигнал/шум использование схе.мы Дарлингтона более предпочтительно. Одним из возможных вариантов в этих условиях также является использование ОУ на МОП-транзисторах и на Полевых транзисторах с р/г-переходом.

6.3. ОУ на полевых транзисторах

Выше были рассмотрены схемы биполярных ОУ, т. е. ОУ, одержащнх только биполярные транзисторы, ОУ, в которых спользуются полевые транзисторы во входном кас;сг.де, н:.;с!от екоторые преимущества перед биполярными ОУ, особенно в том, и °/-сае1ся входного сопротивления, входных токов смещения Двша, EpeMciiH нарастания.



Биполярные транзисторы имеют очень высокую передаточную проводимость по сравнению с полевыми транзисторами. Переда-точная проводимость биполярных транзисторов часто в 30-100 раз больше, чем у полевых транзисторов, работаюш,их при тех же уровнях тока. В результате коэффициент усиления по напряжению биполярного транзистора много больше, чем можно получить с помощью полевого транзистора.

Входное сопротивление базы биполярного транзистора обычно порядка единиц или десятков килоом за счет того, что переход

I I I

Рис. 6.15. а - дифференциальный усилитель на полевых транзисторах с ря-пе-реходом; б - дифференциальный усилитель на МОП-транзисторах.

база - эмиттер смещен в прямом направлении. У полевых транзисторов с рп-переходом входом является затвор, который соединен с одной из сторон /7п-перехода затвор - канал, смешанного в обратном направлении. Это позволяет получать чрезвычайно большие входные сопротивления, обычно более гигаома (10" Ом) Входным током усилителя является ток затвора, Iq - обратный ток утечки перехода затвор - канал. Этот ток обычно не превышает 1 нА (10"" А) с типичным значением около 10 пА. У биполярных же транзисторов входной, или базовый, ток связан с выходным, или коллекторным, током соотношением /в = /с/Р обычно лежит в микроамперном диапазоне.

У МОП-транзисторов (металл - окисел - полупроводник] электрод затвора отделен от остальной части транзистора тонким изоляционным слоем двуокиси кремния SiOa, поэтому их входное сопротивление много больше, чем у полевых транзисторов с Р" переходом, обычно более 10 Ом. Ток же затвора 1а чрезвычаин мал, часто менее 1 пА. Таким образом, для входного каскад дифференциального усилителя, выполненного на полевых тра зисюрах, характерны очень высокое входное сопротивление очень низкий входной ток смещения.



Яифференциальный усилитель на полевых транзисторах с рп-пеходом показан на рис. 6.15, а, а на рис. 6.15, б представлена ема дифференциального усилителя на МОП-транзисторах, В этих емах применены л-канальные МОП-транзисторы, хотя возможно использование и р-канальных транзисторов. Нагрузка таких дифференциальных усилителей может быть самой разнообразной, я том числе и активная нагрузка как на биполярных, так и на полевых транзисторах, В дифференциальном усилителе на биполярных транзисторах входной ток смещения и входное сопротивление непосредственно связаны с начальным током покоя /qI

= /с/р = /q/2P; R, = 2Уг в = 2Vt/1c - WtUq. (6.92)

В полевых транзисторах ток затвора очень мал и к тому же прямо не зависит от уровня тока покоя дифференциального усилителя, поэтому можно использовать достаточно большой ток Iq. Входное сопротивление очень велико и тоже непосредственно не зависит от Iq. Большой ток Iq позволяет достичь в дифференциальном усилителе на полевых транзисторах очень большой скорости нарастания (~50-75 В/мкс), а также относительно высокой частоты единичного усиления (~ 20 МГц).

Рассмотрим несколько примеров ОУ на МОП-транзисторах и на полевых транзисторах с рл-переходом. В некоторых ОУ полевые транзисторы применены только во входном каскаде, но существуют схемы, целиком построенные на полевых транзисторах.

6.3.1. ОУ на полевых транзисторах с рп-переходом. Гибридные ОУ на полевых транзисторах LH0022, LH0042, LH0052, Типичными примерами такого гибридного ОУ являются ОУ LH0022/42/52 (фирма National Semiconductor). В этих ОУ два полевых транзистора с р/г-переходом используются во входном каскаде диф4)е-ренциального усилителя, остальная же часть схемы выполнена на биполярных транзисторах. Упрощенная функциональная схема приведена на рис, 6,16, Входной каскад дифференциального усилителя включает в себя транзисторы Qi-Q, причем Qi и - /г-канальные полевые транзисторы с рп-переходом, работающие в режиме истокового повторителя (включены по схеме с общим стоком). Транзисторы Qj и Q2 управляют транзисторами Qg и Q,, включенными по схеме с общей азой. Таким образом, в дифференциальном усилителе исполь-ована схема составного полевого/биполярного транзистора, вклго-нного по схеме с общим стоком/общей базой, имеющая очень сокое входное сопротивление и очень низкий входной ток сые-пеп благодаря характеристикам полевого транзистора с рп-У(,[оДом и в то лее время обеспечивающая высокий коэффициент зист" по напрялению за счет применения биполярных трап-оров. Этот составной дифференциальный усилитель работает



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