Особенности схемотехники на ИМС

Усилители на интегральных схемах.

УПТ с непосредственной связью. Балансные и дифференциальные каскады.

Усилители постоянного тока.

Данные каскады используются для уменьшения дрейфа нуля за счет баланса моста, где два усилительных элемента образуют два плеча моста, а другими плечами являются два резистора R3 и R5.

При сбалансированности моста изменение входного напряжения и напряжение на элементах, старение усилителя не вызывают дрейфа нуля. Состояние баланса моста осуществляют за счет R4.

В балансных схемах элементы можно включить либо последовательно друг другу, либо параллельно:

Параллельные балансные схемы удобны для практического использования в микроэлектронной технологии. Такие каскады позволяют иметь два входа, симметричных относительно общего провода, и называются дифференциальными каскадами.

Дифференциальный каскад можно использовать в нескольких режимах:

1) при подаче сигнала на симметричный вход точки1 и точки2;

2) при подаче сигнала на несимметричный вход 1 – 1 или 2 – 2;

3) при снятии сигнала с симметричного выхода 3 и 4;

4) при снятии с несимметричного выхода № -1 или 2 – 1.

Напряжение сигнала на выходе дифференциального усилителя определяется разностью напряжений на входе и коэффициентом усиления усилителя.

Для определения величин параметров и характеристик дифференциального каскада пользуются эквивалентной схемой:

1. Входное напряжение дифференциального каскада при подаче двух напряжений u вх1 и u вх2

H12 = 0; Yн > h22 э

Uвх = i (h21 э + (1+ h21э) Rэ + б (1+ h21э) Rэ

Б = i1 / i1

Rвх1 = Uвх / i вх = h21 э + 2 (1 + h21э) Rэ

Rвх2 = h21э

Ксинф = К1 синф – К2 синф

К = h21 э Rк / h11э

2. При несимметричном входе:

Uвых = Rк / 2 Rэ Uвх

3. При несимметричном входе и выходе:

Uбэ2 = Uб2 – Uэ

К = 0,5 h21э Rк / h11 э

Кобщ = Кок Коб

Несимметричный вход применяют для перехода с симметричного источника сигнала на несимметричную нагрузку. Для подавления синфазного сигнала используют глубокую ООС и большое сопротивление в цепи эмиттера, малым для постоянной составляющей и большим для переменной составляющей, то есть схемы стабилизаторов токов.

В усилительной техники такие усилители получили название генераторов токов.

В схемах генераторов используются транзисторы с ОЭ или с ОИ и фиксированным напряжением на базе. А синфазная помеха в 1000 – 1000 раз меньше чем в обычно усилителе и составляет 60 – 80 дБл.

Дифференциальные каскады применяются в интегральных усилителях.

По функциональным признакам интегральные микросхемы подразделяются на:

- аналоговые (операционные усилители, источники вторичного электропитания и т.д.);

- цифровые (логические элементы, триггеры и т.д.).

Условное обозначение ИМС включает в себя следующие классификационные признаки.

Первый элемент – цифра, соответствующая конструктивно-технологической группе:

- 1,5,6 и 7 в первом элементе обозначаются полупроводниковые интегральные микросхемы;

- 2,4 и 8 – гибридные микросхемы;

- 3 – пленочные, вакуумные и керамические микросхемы.

Второй элемент – порядковый номер серии разработки от 00 до 99 или от 000 до 999.

Третий элемент обозначает подгруппу и вид микросхемы данной серии, состоит из букв.

Четвертый элемент – порядковый номер разработки микросхемы данной серии, состоит из одной или нескольких цифр.

К основным признакам могут быть добавлены дополнительные буквы в начале обозначения, указывающие на конструктивную особенность исполнения ИМС:

Р – пластмассовый корпус типа ДИП;

А – пластмассовый планарный корпус;

Е – металлополимерный корпус типа ДИП;

С – стеклокерамический корпус типа ДИП;

И – стеклокерамический планарный корпус;

Н – керамический безвыводный корпус;

К - ИМС широкого применения.

Применяемые в качестве усилителей ИМС могут быть как полупроводниковыми, так и гибридными.

Усилительные устройства на ИМС используют в качестве ПОК и ОК в системах коррекции и регулировки усиления.

К усилителям на ИМС предъявляют следующие требования:

1) получения максимального усиления;

2) минимальные частотные, фазовые и нелинейные искажения.

Усилители на ИМС имеют следующие характерные особенности:

1) Как правило, такие усилители являются многокаскадными, а межкаскадная связь – непосредственная.

2) Непосредственная связь определяет трудности в выборе рабочей точки за счет нестабильности напряжений и температуры. Поэтому в усилителях на ИМС применяют специальные меры для стабилизации напряжений и температурной стабилизации.

3) Для улучшения качественных характеристик и получения больших входных и больших выходных сопротивлений в ИМС применяют глубокие обратные связи.

4) Небольшие размеры ИМС позволяют уменьшить габариты усилителя и увеличить плотность размещения элементов, увеличивая надежность устройства.

5) Возможность реализации многоэмиттерных и многоколлекторных транзисторов.

6) Возможность создания близких тепловых режимов, что позволяет добиться идентичности температурных зависимостей в согласованных схемах (в паре транзисторов, образующих дифференциальный каскад).

7) Ограниченная мощность рассеивания и применения специальных схем защиты от перегрузок.

Для повышения стабильности работы ИМС при изменении температуры и питающих напряжений используют генераторы стабильного тока.

Простейший ГСТ – обычная схема транзистора с ОЭ, но она не обеспечивает достаточно устойчивой стабилизации. Поэтому повышают сопротивление выходной цепи за счет резистора эмиттера, образующего ООС. ГСТ в качестве активного элемента может включать многоколлектроный транзистор, однако наибольшую стабилизацию по напряжению и температуре дают ГСТ на ИМС с эмиттерным повторителем, обеспечивающим 100% ООС по напряжению.

Для увеличения коэффициента усиления отдельного каскада усилителя на ИМС включают нагрузку с большим сопротивлением для переменной составляющей, и малым для постоянного тока. Такая нагрузка называется динамической. В качестве такой нагрузки используют ГСТ.

Для компенсации влияния постоянного напряжения предыдущего каскада на вход следующего в усилителях на ИМС применяют схемы сдвига уровня, которые строятся по принципу делителя напряжения.

Операционный усилитель предназначен для выполнения операций усиления, сложения, вычитания, умножения и интегрирования с входными сигналами.

Операционные усилители обладают следующими параметрами:

1. Входное дифференциальное сопротивление: Rвх диф = Uвх диф / Iвх.

2. Средний входной ток – Iвх – не превышает сотен наноампер.

3. Входной ток сдвига Iвх = I+ - I- в несколько раз меньше среднего.

4. Напряжение смещения Uсм – составляет не более единиц милливольт.

5. Дрейф выходного напряжения смещения - обычно составляет не более единиц милливольт.

6. Выходное сопротивление Rвых – внутреннее сопротивление выхода ОУ.

7. Коэффициент усиления К = Uвых / Uдиф.

8. Полоса пропускания.

9. Скорость нарастания выходного напряжения.

10. Время установления выходного напряжения t нар.

11. Максимальных выходной ток Iвых max/

12. Максимальная мощность рассеивания Pmax.

Однако, на практике не удается выполнить соответствие всех параметров, поэтому ОУ делятся на типы, выполняющие определенные операции и обладающими некоторыми из перечисленных параметров:

- универсальные, выполняющие все функции ОУ;

- многофункциональные, выполняющие большую часть операций над входными сигналами, они чаще всего используются в аппаратуре связи;

- ОУ частого применения, выполняющие одну, но часто используемую операцию.

Структурные схемы ОУ построены по принципу, принятому в обычных усилителях: оконечный каскад (выходной) и ряд предварительных каскадов.

ОУ на интегральных микросхемах обладают некоторыми специфическими особенностями: для получения высокого коэффициента усиления ОУ должен содержать 2 – 3 каскада предварительного усиления, первый из которых является дифференциальным, второй – обеспечивает основное усиление и переход от симметричного входного дифференциального каскада к несимметричному выходному, третий каскад – предоконечный – обеспечивает необходимый сдвиг уровня постоянного напряжения и требуемую для подачи на вход выходного каскада амплитуду усиливаемого сигнала. Выходной каскад выполнен в виде эмиттерного повторителя, для получения низкоомного выходного сопротивления и включает в себя схемы защиты от перегрузок.

Дата добавления: 2014-01-06