Главная  Журналы 

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

нелинейные искажения каскада типа «ступенька» сводятся к минимуму.

На рис. 5.3,г приведены входные характеристики транзисторов и пунктирными линиями показаны смещенные относительно начала координат характеристики с помошью приложенного напряжения смещения f/см, а также результирующая амплитудная характеристика двухтактного эмиттерного повторителя (кривая 2), которая мало отличается от прямой линии. Конечно, известны и другие схемы двухтактных эмиттерных повторителей с нелинейными ООС, основные из них будут .рассмотрены в гл. 6. Проведенный анализ показал, что в каскадах интегральных ОУ с помощью внутренних (паразитных) электрических ОС и местных ООС можно улучшить технические параметры и характеристики каскадов. Теперь остановимся на влиянии внутренних тепловых ОС на параметры усилителя.

5.4. ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОЙ ПАРАЗИТНОЙ ОС НА ПАРАМЕТРЫ УСЛИТЕЛЯ

В процессе проектирования интегральных ОУ их расчетный коэффициент усиления напряжения на низких частотах получается весьма высоким (140 дБ), но в действительности готовые образцы ОУ имеют коэффициент усиления значительно ниже расчетного. Причиной этого, как показали исследования, явилась тепловая паразитная ОС.

Дело в том, что часть мощности, которая потребляется интегральным ОУ от источника питания в результате потерь в его элементах, выделяется в виде тепла в кристалле микросхемы и повыщает его температуру. Температура кристалла пропорциональна мощности, рассеиваемой в элементах микросхемы. Несмотря на принимаемые специальные меры и достаточно хорошую теплопроводность разные точки кристалла имеют неодинаковую температуру. Практически у входной пары транзисторов ДК, если даже они размещены на изотермических линиях кристалла, всегда появляется некоторая разность температур, достигающая иногда нескольких десятых градуса.

Разность температур пропорциональна рассеиваемой мощности в кристалле:

t2-ti=±kPo, (5.26)

где kl - постоянный температурный коэффициент; знаки (+) и (-) соответствуют направлению температурного градиента. Изменение направления градиента связано с тем, что за время одного периода выходного на-



пряжения двухтактного каскада источник тепла смещается от одного входного транзистора к другому. В результате рассогласования по температуре входных транзисторов ДК появляется внутреннее электрическое напряжение, величина которого также пропорциональна рассеиваемой мощности:

f/BX»±>«T/pac, (5.27)

где Ит=/т-2 -10- В/Вт.

Даже в рационально сконструированном (в тепловом отношении) ДК, когда пара его входных транзисторов практически находится на одной изотерме, величина ki может достигать 0,3 град/Вт, а входное напряжение от тепловой ОС составляет десятки микровольт.

Мощность, рассеиваемая выходным каскадом, транзисторы которого работают в режиме класса АВ, определяется по формуле

/pac = -(f/™.v-Bb,x), (5.28)

+ Е при f/3„>0, -Е при г/зь,х<0.

Из выражения (5.28) видно, что рассеиваемая мощность равна нулю при /вых=0 и Нвых-Umax, & достигает максимальных значений при /вых=+£/2 и -£/2 (рис. 5.3,). Наведенное разностью температур и обусловленное выходным напряжением входное напряжение имеет двугорбую форму ;(рис. 5.3,е). Результирующая амплитудная характеристика ОУ, являющаяся суммой составляющих: электрической (линейной) и тепловой (двугорбой), имеет как положительный, так и отрицательный наклон относительно выходного напряжения. Это указывает на то, что фаза напряжения усиливаемого сигнала в результате действия тепловой ОС меняется на 180° и может привести к неприятным последствиям.

Чтобы оценить влияние тепловой паразитной ОС на параметры ОУ, определим коэффициент внутренней тепловой ОС, учитывая (5.27) и (5.28):

Y,=-=±>(«.a.-2t/,„x) ?H. (5-29)

Наибольший коэффициент внутренней тепловой ОС получается при равном нулю выходном напряжении.



Коэффициент усиления напряжения ОУ в результате действия тепловой паразитной ОС будет равен

В случае, когда /вых=0 (глубокая тепловая ОС), будет происходить наибольшее ограничение коэффициента усиления напряжения, разумеется, если тепловая ОС отрицательная. Следовательно, наибольший коэффициент усиления напряжения, который может быть получен на нулевой частоте у интегрального ОУ, охваченного отрицательной тепловой ОС,

. /С(0)«/?н/(ит/™.). (5.31)

Этой формулой можно воспользоваться при определении максимально возможного коэффициента усиления интегрального ОУ.

Пример 5.2. Определить максимальный коэффициент усиления напряжения интегрального ОУ, у которого на нагрузке 1,2 кОм максимальное напряжение 12 В и Хт=0,5-10-з мВ/Вт. С помощью формулы (5.31) находим

1,2-103 -0,5-10 3.12=200000.

В мощных ОУ, когда Хт=10-2 мВ/Вт, коэффициент усиления на-пряжешя получается порядка 10 ООО.

В случае положительной тепловой ОС последствия могут быть куда €олее неприятными (неустойчивая работа, самовозбуждение ОУ и т. д.). Поэтому в интегральных ОУ для ослабления влияния тепловой паразитной ОС необходима соответствующей, глубины электрическая ООС, которая в самом общем случае может быть внутренней, местной или внешней (общей).

5.5. ВЛИЯНИЕ МНОГОПЕТЛЕВОЙ ОС НА ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЯ

Ранее отмечалось, что для компенсации внутренней тепловой ОС в интегральных усилителях применяется электрическая ООС. В простейшем случае, когда имеется всего две петли ОС (электрическая и тепловая), коэффициент усиления на нулевой частоте можно записать так:

ос=с/11-К(Тэ±Тт)/С„1, (5.32)

где 7э и yt - соответственно коэффициенты передачи цепей ОС электрической и тепловой. Для полной компен-174





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