Космонавтика  Конструирование интегральных микросхем 

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

кР1*оуд13

ИР1(0УД8


Рис. 5.6. Усювиое т-рафическое обозначение опсраининчых сн.ти-телей КР14СУД8, КР140УД18

ном те.хнологическоы цикле на одном кристалле получать биполярные и высококачественные полевые транзисторы (ГП). Пара согласованных по параметрам полевых транзисторов часто используется для уменьст -

НИЯ входных токов ОУ до ypoj.

кя токов утечки затворов. Это, в свою очередь, позволило создать полупроводниковые О , обладающие входным сонротип-ленпеы 10 .,.10i Ом, а следо вагельно, и входными токам-, приближающимися к 0,1 н.. как, например, ОУ КР544Д1 (рис. 5 5, а). Этот биполярно-полевой ОУ построен по дву\-каскадной схеме. ГЬлевые транзисторы позволяют подавагь большие дифференциальные входные напряжения на урови.е единиц вольт, в то время как простой биполярный входной касказ (см. рис. 5.1,6) переводится в насыщение сигналом ±26 мВ. Большое допустимое входное напряжение значительно расширяет верхнюю частоту полосы усиления ОУ в режиме большого сигнала на выходе. В схеме усилителя применяется внутренняя частотная коррекция. Балансировка напряжения смещения производится подключением переменного резистора к выводам 1-8. Биполярно-полевые ОУ уступают, как правило, чисто биполярным по уровням смещения нуля и нх дрейфам. Выпускаются ОУ КР544УД1А (параметры при ведены в табл. 5,2) КР544УД1Б Ku = 20-10 Ucm = 50 мВ, \ = = 1 нА, Um=10 мкВ в полосе частот 0,1...10 Гц). Зависи.мости Kyu(f) и 1вх(Т) показаны на рис. 5.5, б, s соответственно. На рис. 5.6 приведена схема более слои{ного ОУ КР140УД8, входной каскад которого построен иа п-канальных ПТ с затворами, образованными за-иертымп р-п переходами. Генератор стабильного тока второго каскада также выпочнен на аналогичном ПТ. Оконечный каскад ОУ имеет схему, сходную с ОУ КР544Д1. Коррекция частотной характеристики осуществлена внутренним конденсатором емкостью 3,3 пФ.

На рт1с. 5.7.0 показана упрощенная принципиальная электрие-ская схема биполярно-полевого ОУ с р-канальными ПТ, имеюшиЩ структуру металл--окисел - полупроводник (МОП). Операционный усилитель КР1409УД1 имеет входной половой дифференциальный усилитель, схема питания которого стабиль!;ымн токами также построена на .ЮП-тpaизиcтopax.

Специальная схема на диодах VD1-VD3 и особая взаимопроникающая структура входных транзисторов VT1 и VT3 позволили уменьшить напряжение сметцения нуля до 15 мВ при остальных параметрах, соответствующих параметрам ОУ типа КР140УД8 Усилитель может работать в широком диапазоне питающего напряжения ±5..,±15 В. Предназначенный для работы от источника питания + 5 В ОУ КР140УД8Б имеет К , = 10 ; 1 <2 нА; у =1 В/мкс

и 1[1.м = 2,5 мА. Зависимости входных токов и разности в.ходных токов or температуры приведены на рис. 5 7,6.



® P


го so w 50 so r,°c

Plic, 5 7. Операционный усилитель КР1409УД1.

Q - упрощенная прннцнпиальна!. зтектрическая счема; б - зависимости входных токов I, 2 и разности входных токов 3, 4 от температуры; {. 3 - группа Б, 2, 4 - групп 1 V

Операционный усилитель KP!40Д18 п)(1Должает ряд биполярно-полевых ОУ. Входные токи 1ь\<1 нА позволяют широко использовать ОУ в схемах интеграторов, работающих с большими постоянными времени при малых емкостях, Цоколевка микросхемы КР140УД18 соответствует цоколевке .микросхемы КР140УД8

Входные токи полевых транзисторов, которые являются токами утечки, сильно зависят от температуры. При изменении температуры на 100 С входной ток увеличивается на два порядка и достигает десятков наиоампер (см. рис. 5.5, е). Кроме того, ОУ с полевыми транзисторами имеет большое напряжение смещения (до 30 ..50 .мВ) и значительный температурный дрейф (40 мкВ/°С). Перечисленные причины заставили разработчиков ОУ искать другие пути для улучшения характеристик усилителей.

Для получения малого значения входного тока можно использовать биполярные транзисторы, у которых коэффициент усиления по току превышает 5000. Транзисторы со сверхвысоким коэффициентом усиления по току - супербета-транзисторы получаются из п-р-п транзистороь путем дополнительной эмиттерной диффузии. Однако при этом уменьглается напряжение пробоя этих транзисторов. Сочетание низковольтных транзисторов с обычными п-р-п транзисторами позволило наиболее эффективно получить ОУ с лучшими по сравнению с ОУ па ПТ дрейфами входных характеристик Пгм, 1вх.

К примеру, если к схеме КР140УД7 для уменьшения входных токов добавить дифференциальный повторитель с супербета-транзисторами, то можно получить типовое значение входных токов менее 15 нА и хорошую стабильность этих токов (максимальное значение 30 нА). По такой схеме построен ОУ КР140УД6, цоколевка которого совпадает с цоколевкой ОУ КРИ0УД7, а также ОУ КР140УД608.

В отличие от ОУ КР140УД6, в схеме ОУ КР140УД14 (рис. 5.8, а) супербета-траизисторы применены во всех каскадах, что позволило



КР!чОУД11

[>oo

: R : R


10 iC wfjn г)

Рнс. 5.8. Операционный усилитель КР140УДИ:

а - услсЕ.чое графическое сбоэна ение: б - зависимость входных токов от температуры; в - зависимость коэффициента усиления от частоты; г - фазо-частотная характеристика

получить уровень в.ходного тока !вх менее 1,5 нА во всем температурном диапазоне (рис. 5.8,6). Коррекция ЛЧХ ОУ осуществляется внешними цепями коррекщщ (рис. 5 8, е). На рис. 5 9 приведена схема включения еще одного ОУ этого направления К140УД22, Разность входных токов Л1вч<2 н.А в диапазоне температур -10... .,.-f85°C. а прн температуре 25 Т. не превышает 0,05 нА.

5.2.3. Прецизионные операционные усилители

В измерительных устройствах необходимо усиливать без искажения слабые электрические сигналы датчиков, сопровождаемые зна чительным уровнем синфазных, температурных и других помех. Прецизионный усилитель, используемый для этих целей, должен обладат!. не только очень больши.*1и значениями коэффициентов усиления (бо лее 5-10) и подавления синфазного сигнала, но и малым напря-женпе.м смещения нуля (ие более 0,5 мВ) и его дрейфом, малым.; уровнями шумов, больщим входным сопротивлением Для построения такого усилителя, называемого иногда инструментальным, который способен с большой точностью фиксировать эти napaMcifti, обычно используется два-три ОУ общего применения с несколькими высокоточными, хорошо подобранными по температурным коэффициентам резисторами ООС, поскольку погрешность усилителя а значительной мере будет зависеть от их температурного коэффициента.



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