|
| |
|
Главная Журналы -о-п 1 hmi J ггэг Рис. 4.4. Усилительный каскад с динамической нагрузкой. а - принципиальная схема; б - эквивалентная схема. транзистор, два р-п-р транзистора и два резистора (в эмиттерной цепи п-р-п транзистора и в источнике тока). Остальные резисторы, включенные в базовую цепь, и в схеме усилителя играют вспомогательную роль, и на них не имеет смысла останавливаться. • Как отмечалось в гл. 3, п-р-п и р-п-р транзисторы могут быть изготовлены по интегральной технологии с двумя диффззионными процессами в едином технологическом цикле. Для усилительного каскада р-п-р транзисторы могут быть только с горизонтальной инжекцией носителей, так как в этом каскаде их два. Правда, в гл. 3 указывалось, что в едином технологическом цикле вместе с п-р-п транзисторами помимо р-п-р транзисторов с горизонтальной инжекцией носителей можно изготавливать и р-п-р транзисторы на подложке, но последних на кристалле можно изготавливать только по одному, да и то при обязательном условии, что его коллектор соединен с минусом источника питания. Нетрудно понять, что р-п-р транзисторы на подложке здесь применить нельзя. Резисторы Rs и Ri, имеющие небольшие номиналы, согласно материалам гл. 2, •целесообразно реализовать в базовых областях транзисторной п-р-п структуры в одной изолированной области (в одном «кармане»). Хотя современные р-п-р транзисторы с горизонтальной инжекцией носителей пока имеют сравнительно небольшие коэффициенты усиления тока, ДВС источника тока составляет сотни килоом, тогда как подобный номинал диффузионного резистора в АПИМ если и возможно реализовать, то на площади почти всего кристалла, помимо того, при-124 дется значительно увеличить напряжение источника питания, что тоже нежелательно, не говоря уже о рассеиваемой мощности. Каскад с динамической нагрузкой в литературе еще не анализирОвался. Восполним этот пробел. Заменив транзисторы их эквивалентными схемами для /i-пара-метров, получим следующую эквивалентную схему каскада с динамической нагрузкой (рис. 4.4,6). Запишем уравнения для полученной эквивалентной схемы: (4.33) Совместное решение уравнений (4.33) позволяет определить основные параметры каскада с динамической нагрузкой. Исключая из уравнений ток h и напряжение U3, получаем коэффициент усиления напряжения: д. (21Э1 ~22Э1з) R "~ /1131+A + 3[/2131 + l + A(l+R/113l)]+3 (4.34) Здесь = 11Э122Э1 123lZ13P 1/ = 22Э2+ н! = (1 +21Э1 - 2ЭI +21эЛ2Э1) Д/ПЭ! + + (1+21Э1+г21эЛ2Э1)21э/1.Э1. (4-35) Сравнивая выражение (4.34) с (выражением (4.6), нетрудно заметить в них большое сходство, хотя первое выглядит более громоздко. Этого и надо было ожидать, так как в нем величина h\2 учитывалась полностью, а в унисторном графе - только частично. Исключая из уравнений f/z и Us, находим входное сопротивление каскада. Выражение входного сопротивления совпадает с ранее полученным выражением (4.7), поэтому здесь не приводится. Заменяя напряжение на выходе h через ток на выходе U2 и исключая напряжения C/i и U2, находим коэффициент усиления тока, аналитическое выражение которого идентично (4.5). и, наконец, определяем выходное сопротивленпе как отношение напряжения к току на выходе. Аналитическое выражение выходного сопротивления каскада, как и следовало ожидать, незначительно отличается от выражения (4.8). Подводя итог, можно отметить, что для анализа транзисторного каскада с динамической нагрузкой можно использовать унисторный граф (рис. 4.1,6) и выражения (4.5) -(4.8). Далее, этот каскад, хотя и обеспечивает сравнительно большой коэффициент передачи напряжения, имеет невысокие другие параметры. Асимметрия каскада существенно сказывается на его чувствительности к изменениям напряжения пита- щ1шя и особенно температуры. Но, пожалуй, основным недостатком интегральных несимметричных каскадов является неполное использование технологических возможностей изготовления АПИМ. Тогда как в симметричных каскадах интегральная технология изготовления микросхем позволила снять целый ряд ограниче- .ний, известных для устройств, реализуемых на дискретных элементах. 4.2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ Дифференциальный усилитель (ДУ) - один из характерных представителей симметричных каскадов. В настоящее время он является самым распространенным в АПИМ. Это объясняется тем, что симметричный ДУ обладает наименьшим дрейфом начального напряжения но сравнению с другими каскадами. Схемная конфигурация симметричного ДУ так совмещается с но-лупроводниковой интегральной технологией, что в целом это сочетание позволяет снять ряд существенных ограничений, присущих устройствам на дискретных элементах. Интегральный ДУ значительно превосходит ДУ на дискретных элементах вследствие того, что транзисторы и резисторы, изготовленные в одном цикле технологического процесса, имеют малый разброс параметров симметричных элементов плеч ДУ, а их близкое расположение обеспечивает одинаковые температурные характеристики. Поскольку ДУ спосОбен усиливать сигналы от постоянного тока до сотен мегагерц и в этом диапазоне может выполнять различные операции (ограничение, 126 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 |