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

ЛИТЕРАТУРА

Bolystad R., Nashelsky L. Electronic Devices and Circuit Theory, Prentice-Hall, 1982.

Fitchen F. C. Electronic Integrated Circuits and Systems, Van Nostrand Rein-hold, 1970.

Giacoleito L. J. Differential Amplifiers, Wiley, 1970.

Glaser A. В., Subak-Sharpe G. E. Integrated Circuit Engineering, Addison-Wesley, 1977.

Graeme J. G., Tobey G. E., Huelsman L. P. Operational Amplifiers-Design and Applications, McGraw-Hill, 1971. (Имеется перевод: Проектирование и применение операционных усилителей/Под ред. Дж. Грэма, Дж. Тоби и Л. Хьюлсмана. - М.: Мир, 1974.)

Р. R., Meyer R. G. Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, 2-d „ . bd., Wiley, 1984.

lj- fickson H. G. Introduction to Integrated Circuits, McGraw-Hill,

°"m\ <7l °- Integrated Circuit Engineering, McGraw-

M?}/l- =nual for M. O. S. Users, Reston, 1975. M,ni . D. Differential Amplifiers, Wiley, 1963. Motnr r" t Microelectronics, McGraw-Hill, 1979.

RobTrn 1- Analysis and Design of Integrated Circuits, McGraw-Hill, 1967, Wait J v\ Operational Amplifiers, Wiley, 1975.

McGr ?"°duction to Operational Amplifiers: Theory and Applications,

и) Включив транзисторы Qi и по схеме Дарлингтона, найти коэффициент усиления по напряжению при Р = 50 (минимум) для всех транзисторов; найти коэффициент усиления при р оо. (Ответ: 1071 (минимум), 1500 (максимум).) к) Найти Iв и дифференциальное входное сопротивление для случая п. и) и при /о= 40 мкА. (Ответ: 8 нА (максимум), 12,5 МОм (минимум).) 4 5. Дифференциальный усилитель на МОП-транзисторах с активной нагрузкой 8 виде схемы токового зеркала. Дано: схема дифференциального усилителя на МОП-транзисторах на рнс. 4.17. Для л-канальных транзисторов Qi и q2 пороговое напряжение Vt равно --1,0 В, Ids - 1,0 мА, а = --3,0 В. Полная емкость узла Q. - q4, включая емкость нагрузки, равна 5 пФ. Предполагается Кд (р)= 50 В.

Найти коэффициент усиления на нулевой частоте, Ау (0), полосу пропускания и частоту единичного усиления для следующих значений начального тока Iq:

а) Iq = 2,0 мА (ответ: 25, 1,27 МГц, 31,8 МГц);

б) /о= 200 мкА (ответ: 79, 127 кГц, 10,0 МГц);

в) 60 мкА (ответ: 144, 38 кГц, 5,5 МГц);

г) /о= 20 мкА (ответ: 250, 12,7 кГц, 3,18 МГц).

4.6. Экспоненциальная зависи.ность между током и напряжением для составного транзистора Дарлингтона. Показать, что зависимость между выходным коллекторным током Iq и входным напряжением база - эмигтер 1 вЕ схемы составного транзистора, показанной на рис. 4.19, имеет вид

1в=1о ехр(1/в£/2Кг),

где /о-начальная постоянная, имеющая размерность тока, а Vt = ~ kT/q - тепловое напряжение.



Глава 5. Характеристики и применение ОУ

5.1. Интегральные схемы

Интегральная схема (ИС) - это электронное устройство, схемотехнические элементы которого объединены в одном корпусе В состав большинства ИС входят десятки, сотни и даже тысячи транзисторов, а также диоды, резисторы и конденсаторы. По спо-собу объединения (интеграции) элементов различают ИС полу, проводниковые, или монолитные (однокристальные), и гибридные, В полупроводниковых ИС все элементы объединены на одном кристалле кремния. Размеры кристалла, как правило, лежат в пределах от 1 х1 мм при толщине 0,25 мм для малых ИС до 5x5 мм при толщине 0,3 мм для больших ИС (БИС).

Элементы гибридной ИС размещены на нескольких кристаллах в одном корпусе. В качестве таких кристаллов могут использоваться полупроводниковые ИС, а также дискретные транзисторы, транзисторные или диодные сборки, бескорпусные конденсаторы. Кристаллы крепят к поьерхности керамической диэлектрической подложки, причем материал подложки-обычно оксид алюминия AljOg. Электрические связи между кристаллами гибридных ИС создаются на основе толстопленочной или тонкопленочной сетки проводников, нанесенных на поверхность подложки. Кроме проводтшков, на поверхность подложки при необходимости наносят толстопленочные или тонкопленочные матрицы резисторов. Тонкие пленки наносят методами вакуумного напыленпя (толщина резистивного слоя в этом случае около 1 мкм), толстопленочные структуры изготовляют методом шелкографии при толщине нанесенного слоя от 10 до 30 мкм.

По функциональному назначению ИС разделяют на два основных класса: цифровые и аналоговые (пли линейные). В цифровых ИС все транзисторы работают в ключевом режиме, т. е. находятся либо в закрытом (режим отсечки), либо в открытом (режим насыщения) состоянии. Состояния отсечки и насыщения имитируот логические единицу и нуль (высокий и низкий логические уровни) соответственно. В процессе переключения транзисторы очень быстро переходят из одного состояния в другое, минуя активный режим. Подавляющее большинство цифровых ИС - полупроводниковые и построены только из транзисторов и резисторов, причем используются как биполярные, так и МОП-транзнсторы. Отдель-



ые цифровые ПС на МОП-транзисторах содержат до нескольких сотен тысяч транзисторов, расположенных на одном кристалле кремния.

Основное функциональное назначение аналоговых, или линейных, ИС- преобразование непрерывных сигналов, которые передаются напряжением и током, поэтому транзисторы аналоговых ИС работают преимущественно в активном или линейном режиме. В настоящее время разработана широкая номенклатура аналого-gbix ИС 1 операционные усилители, низкочастотные усилители мощности, стабилизаторы напряжения, источники опорного напряжения, видеоусилители, высокочастотные усилители, компараторы напряжения, модуляторы и демодуляторы, логарифмические преобразователи, умножители, функциональные генераторы, генераторы, управляемые напряжением, схемы фазовой автоподстройки частоты, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и др. Большинство аналоговых ИС относятся к классу полупроводниковых, но в то же время промышленность выпускает и немало гибридных ИС, имеющих важное значение. В этой главе будут описаны ОУ, а в последующих главах исследуются аналоговые ИС других типов.

5.2. Введение в теорию операционных усилителей

Операционный усилитель (ОУ) - это аналоговая ИС, на выходе которой формируется напряжение vq, равное по величине усиленной разности между двумя входными напряжениями Vj и 1>2. Идеальная передаточная характеристика ОУ (зависимость выходного напряжения от состояния входов) может быть представлена вырал<ением vq = Aql - t\), где Aql - коэффициент усиления ОУ без обратной связи. Большинство современных ОУ полупроводниковые, хотя существуют сотни разновидностей ОУ, выпускаемых множеством фирм-изготовителей.

В первой половине 1960-х годов широко применялись аналоговые вычислительные машины, в которых впервые использовались ОУ (в сочетании с другими схемотехническими элементами, в основном резисторами и конденсаторами) для выполнения различных математических операций (сложения, вычитания, умножения, интегрирования, дифференцирования). Именно этим объясняется традиционное название этих приборов - «операционные Усилители». Однако с тех пор область применения ОУ значительно расширилась, и в настоящее время, как будет видно из дальней-зада изложения, они используются для решения множества

jjjj-мное обозначение ОУ показано на рио. 5.1, где греуголь-ком обозначен сам ОУ - многокаскадный усилитель напря-ия, содержащий от десятков до сотен транзисторов. Выходное



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