|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы ляется флуктуациями носителей заряда, вызываемыми захватом носителей ловушками, которые обусловлены дефектами кристалла в объеме и на поверхности. Применяемая обычно в усилителе этого типа пассивация кристалла нитридом кремния, стабилизирующая поверхность и понижающая активность поверхностных ловушек, значительно уменьшает составляющую низкочастотного шума, обусловленную флуктуационными явлениями на поверхности полупроводника. Это снижает шум такого вида и делает его преобладающим в области более низких частот (менее 10 Гц). Обычно для сравнения шумовых свойств усилителей различных типов используется коэффициент шума Рш, определяемый как отношение измеренной в полосе частот 1 Гц суммарной мощности шума, приведенного ко входу исследуемого усилителя, к мощности, полученной за счет теплового шума резистора Rt, B той же полосе частот, т. е. F=mog{ei„-,/4kTR,)=lO\og[l+{el+ilRr)/ ikTRr]. На самом деле это выражение определяет логарифмический коэффициент шума fm=10gf (в децибелах), часто называемый в литературе просто коэффициентом шума. Величина каждого усилителя имеет минимум при определенном значении Rr = Rr.om, которое легко определить, продифференцировав выражение для Fuj и приравняв производную нулю. Однако величину Рш недопустимо минимизировать введением дополнительного резистора для увеличения эквивалентного сопротивления источника сигнала, поскольку при этом увеличится зна чение приведенного ко входу полного шумового напряжения ОУ из-за наличия входного шумового тока. Экспериментальные исследования показали, что шумовые характеристики ОУ практически не зависят от напряжения источника питания Un. Так, при изменении f/n от ±5 до ±20 В значения и /ш всех типов ОУ на любой частоте отличаются от приведенных в [4] не более чем на 20%. Это можно объяснить тем, что ток, задаваемый внутренними генераторами тока во входные каскады усилителей, мало изменяется с изменением питающего напряжения, а значение этого тока в значительной мере определяет уровень шумовых напряжений и токов усилителя. Параметры, характеризующие быстродействие ОУ, можно разделить на параметры для малого и большого сигналов. К первой группе динамических параметров относятся частота, среза fcp, частота единичного усиления fr и время установления ty. Эти пара метры называются малосигнальными, так как они измеряются в линейном режимеработы каскадов ОУ (Ubx.rO мВ, AUbuxI В). Ко второй группе относятся скорость нарастания выходного напряжения V и мощностная полоса пропускания fp. Эти параметры измеряются при большом дифференциальном входном сигнале (UsxRbO мВ для ОУ на биполярных транзисторах и Uex.ni В для ОУ с полевыми транзисторами на входе). 1, Для устранения самовозбуждения при любой глубине ОС амплитудно-частотную характеристику ОУ делают однополюсной в диат пазоне частот 0<:/<:/т, подключая внешние или внутренние рези-стивно-емкостные корректирующие ц«пи. Динамические показатели ОУ зависят от метода коррекции и параметров элементов корректирующих цепей. Однако разработчики ОУ всегда оговаривают рекомендуемые параметры корректирующих элементов, а следовательно, и способы улучшения динамических показателей ОУ с внешними цепями коррекции. Поэтому обычно справедливо соотношение fcpfr/Ku. Если используетсй классическая структура ОУ, то, как показано в предыдущем параграфе, существует прямо пропорциональная зависимость между частотой единичного усиления и скоростью нарастания выходного напряжения ОУ. Во многих применениях ОУ основной характеристикой является не скорость нарастания, а время установления выходного напряжения. Время установления ty отсчитывается от момента подачи на вход ОУ большого перепада входного напряжения до момента, когда станет справедливым равенство I бвых(-схэ)-[/выхСО! ==й. где б - допустимая ошибка регулирования. Из-за; ограниченной скорости нарастания выходного напряжения ОУ время ty определяется двумя составляющими. Первая составляющая - время нарастания t„ выходного напряжения до величины, соответствующей линейному режиму работы ОУ (т. е. при \ Ubk -UBMx{t)/Ku\ = = и л) - определяется величиной скорости нарастания v и равна tu = Ku{lJBx-lJj)/v, где /Сс/- коэффициент передачи ОУ с ОС 77л = 50 мВ для входного ДУ на биполярных транзисторах и /7л «0,3 В для входного ДУ на полевых транзисторах. Вторая составляющая - время регулирования tp выходного напряжения в линейном режиме работы ОУ. Время регулирования трудно предсказать из других динамических показателей из-за существенной нелинейности передаточных характеристик каскадов во время переходного процесса. ОУ с высокой скоростью нарастания и широкой полосой могут иметь большое время регулирования. Теоретический анализ дает следующие ограничения, необходимые, но недостаточные для получения минимального tf. Во-первых, должно быть Ки\/Ь. Во-вторых, АЧХ ОУ с разомкнутой ОС должна быть однополюсной. Второй полюс в большинстве ОУ обусловлен боковыми р-п-р транзисторами и появляется на частоте /2 = 2...3 МГц. Процесс установления выходного напряжения ОУ аналогичен тому, который имел бы место после отключения от его входа источника напряжения величиной Uj,. Рассчитывая /р как для колебательного звена, получаем [9] г. г(1М2)1п {KuU,/6Ub.) при Kuf2/4Kbfcr.<l, > Р \{Ku/2nfc,Ku)\n{KuU,/6UB.) при Kuf2/4fapKu>l. Из сравнения этих выражений видно, что в первом случае получается меньшее t, когда справедливо неравенство 2<.Ки[2/  24 Ск,"Ф   Рис. 2.8. Зависимости времени регулирования от параметров корректирующих цепей и коэффициента усиления для ОУ с внешней (а) и внутренней (б) корректирующими цепями /Ci cp<4. Следовательно, если скорректировать ОУ так, чтобы выполнить последнее неравенство, то будет достигнуто минимальное /р с экстремумом при f24KufQp/Ku. Однако в зависимости от того, внешняя или внутренняя коррекция в ОУ, неравенство целесообразно выполнять по-разному. В ОУ с внешней коррекцией можно минимизировать /р, изменяя емкость корректируюшего конденсатора Ск. Поскольку частота lap •йзменяетйя.обратно.йропорцйонально этойемкости, а частота is слабо зависит от нее, то tp будет минимальным, если выполняется неравенство 4Kbfcp>f2Ku- Это видно из экспериментальных зависимостей tp от Ск при Ки\, полученных на примере ОУ К153УД2 (рис. 2.8,а). Время регулирования резко возрастает при малых Ск, так как ОУ приближается к границе устойчивости. Минимумы tp получаются, если Ск выбирается не из обычно рекомендуемого равенства Ск = 30 пФ/Ки (см. рис. П.1 - П.3)> а при Ск=40 пФ/2Ки, если Ки5 и Ск = 3 пФ при КиЬ. Такой выбор Ск одновременно с минимизацией tp позволяет существенно увеличить V, т. е. уменьшить н, и тогда ty можно вычислить из следующих формул: 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 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 |