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


Рис 5 9 Опеоационный усилитесь к!40УД22

Приемлемую схему инстру- IhOHMZd

ментального усилителя мол<но получить, если на входе универсл..ь-иого ОУ использовать специальный прецизионный усилитель с небольшим коэффициенюм усиления иапряяченил, но с высоким входным сопротивлением и малыми дрейфами напряжения смещеипя Такой входной каскад обеспечит точный прием и неискаженную передачу информации для дальнейшей обработки на универсальный ОУ, который, в свою очередь, обеспечит требуемый коэффициент усиления /(iL>50010 В настоящее время по этому принципу разработано несколько полупроводниковых ОУ (табл 5 3) Операционный усилитель КМ55иД1 имеет малое напряжение смешения нуля lJt.i<0.5 мВ, малые уровни дрейфа и шумов и К--.>10. Но основным свойством этого ОУ является то, что он позволяет поддерживать с высокой точностью большое значение коэффициента усиления ОУ замкнутого ООС. Можно получить K\u = = 10бО±0,3% Характеристики усилителя обеспечиваются прпнцппи-альной схемой входного каскада, который построен по простой дисЬ-фереициальной схеме с резистивными нагрузками (рис 5.10). Однако для уменьшения дрейфов входные транзисторы VT1 н VT3 представляют собой параллельные соединения двух транзисторов (рис. 5 10, 61 Уменьшение теплового воздействия со стороны элементов мощных выходных транзисторов достигается специальны.м размещением входного каскада. Транзисторы VTl и VT3 занимают большую площадь па кристалле (приблизительно его третью часть) и размеитены крест-накрест. Остальная часть ОУ соответствует схеме обычного двухкаскадного ОУ. Амплитудно-частотная характеристика ОУ корректируется двумя цепями частотной коррекции (рис 5 10, в). Зависимость Кцот частоты разомкнутого усилителя показана на рис. 5 10, а, а АЧХ ОУ в режиме масштабного усилителя - на рис. 5.10,5. В табл 5 3 дтя ОУ К.Ут531УД1 указан коэффициент влияния источника питания К , .

Операционный у;нлитель КР140УД17 имеет внутреннюю схему частотной корректли и может работать в диапазоне питающих напряжений ±3...±!8 В. Ттшовая схема его включения и с\ема балансировки приведены на рнс. 5.11. Для этого усилителя гарантируются следующие шумовые характеристики; спектральная плотность иапря-

Ихсния шумов в полосе частот 0...500 Гц ие менее 38 нВ/1 Гц при

Rr=0 и 600 нВ/Т Гц при Rr = 200 кСм, Остальные параметры ОУ КР140УД17 классифгщирхются по двум группам А и Б. Параметры Для микросхем группы к приведены в табл, 5 3. для группы Б: Куи~ = 120. 10; Uc =150 мкВ;*[вх=12 и.А.

На рнс. 5.12 приведены микросхемы титов 140УД26 и 140ЬД27, выполненных по базовой технологнн ОУ К140УД!7. Микросхемы нчеют коэффициент усиления напряже-;1гя К..5?-10 и предназначены для построения масштабного усилителя с коэффициентом, рав-



Г]111 микрссхем.т

byuXU-

L jj, мкВ

мкВ/°С

1 *ос сф 1 ДБ

К140УД13

0,01

К140ГД17А

140УД21

140УД24

0,05

0,01

140УД26А

140УД26Б

140УД26В

0,7 103

140УД27А

140УД27Б

1,-3

140УД27В

0,7-10

КМ.551УД1А

1,5-10

КМ55!>Л 1Б

2,5-10-*

К140УД17Б

1,2-10-

Пр- к \Ы 0 500 Гц.

РЫМ 1000. В-эзможно снижение 1\0эффпциен1а. Однако прн коэффициенте усилег.ня масштабного усилителя менее 5 устойчивость ОУ не обеспечивается. Параметры усилителей приведены в табл. 5 3. Устиите.ти 140УД26 и 140УД27 выполнены в одинаковых корпусах, имеют аналогичное расположение выводов однако различаются не техническим характеристикам. ЛЬисросхе.ма 140УД26 предназ}1ачеиа для работы в низкочастотных устройствах, в то время как микросхема 140УД27 -в высокочастотных. Оба усилителя работают от двух источников питания Lnn=±15 В±10% и выпускаются трех типономиналов А, Б, В, различающихся значениями параметров и их температурных дрейфов.

Давно известный способ точного усиления постолниого тока путем модуляции его в переменный, усиления переменного тока и обратного преобразования - демодулпрования нашел применение и в -микросхемах. Он позволяет реализовать схемы инструментальных ОУ с напряжением смещения и его дрейфом в 5, а с входными токами в 10 раз ниже, чем в ОУ прямого усиления. Такой способ позволяет реализовать прецизионные ОУ по более технологичной МОП-технологии. На рис. 5 13, а приведена структурная схема прецизионного предусилителя К140УД13, построенного иа КМОП-структурах. Усилитель имеет Kyu = 10, Кос сф=--90 дБ и Ucm= = 0,05 мВ, малые температурные и временные дрейфы Нсч и Л1гх.

Входной сигнал, поступающий на микросхему, преобразуется в НЧ мотуляторе 1 в переменное напряжение, определяемое частотой генератора 5. Затем сигнал усиливается усилите.теч переменного тока 2, демодулируется 3 и поступает на фильтр НЧ 4 для восстановления первоначального частотного спектра.

На рис. 5.13,6 приведена основная схема включщшя микросхемы К140УД13 (модулятор, УНЧ, демодулятор и генератор реализованы внутри микросхемы). Конденсатор С1 является вре.мяаадаю-



I \ >

по г

пn в

мкБ В

.;В 1 Гц

±15

94 дБ

- \0

ПО дБ

10,5

±15

±5

±15

а=15

-5,5

И ,5

±15

±15

±15

11 ,5

±15

13,5

±15

13,5

±15

ео дБ

шп\1 для генератора импульсов Ннзкочзстстный фильтр реализован вне хтикросхемы на R1 я СЗ, при этом вер.\-яя частота фильтра [в = = 1/(2лК,Сз)-

Микрос.гема К140УД13 мол;ег раСстать при запуске впутпеинего генератора-мутьтивибратора от внешнего генератора синусоидальных сигналов положительно!! пслярпости частотой 1...10 кГц, а.мп-литудой 6.,.7 В.

На рнс. 5.13, s приведена прнн!дипиалы:ая схема прсциз!1онного усилителя, построенного на базе м11кросхем К140УД13 и КР140УД6. Усилитель имеет Ku\QQO при AUcv = 0.5 мкВ°/С. Л\!!кросхсма К140УД13 реализует предус1;литель с Kj-j 2, главная задача которого- обеспечить качествен1!ое изм рение характеристик, а мнкро-cxeia КР140УД6 реализует уси.-итель с K j>500. По указанному выше пр!1ниппу в настоятцее время разработан ряд ми.хросхем. На рис. 5.14 приведена схема включения ОУ внутренней !1\пульсной стабилизацией типа 140УД21. Данная схема реализует ус1тлитель с коэффициентом усиления К,.д1=1000. Для устойчивой работы ОУ, охваченного обратной связью с коэффициентом усиления 70 дБ< <Kyij<140 дБ. необходимо испо.ьзовать корректирующую цепь: параллельно резт1стору Ror включить емкость С ., которую вь!б!:ра-ют из условия РосСк>1/2л МГц. С целью подавления помех от внутреннего генератора импульсов i ексмендуется на входах 2 и 3 иметь одинаковые сопротивлен!1я. На рис 5.15 приведе!1а схема включения ОУ типа 140УД24. выполненного по К.МОП технологии с карманами п-типа. По cboism характер!!стикам ои превосходит все типы прецизионных ОУ и имеет Ucm<5 мкВ, Ib.i=10-2 иА, fi = = 2 МГц и vu >2,5 В/мкс.



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