Liniowe układy scalone. Budowa scalonego wzmacniacza operacyjnego

Transkrypt

1 Liniowe układy scalone Budowa scalonego wzmacniacza operacyjnego

2 Wzmacniacze scalone Duża różnorodność Powtarzające się układy elementarne Układy elementarne zbliżone do odpowiedników dyskretnych, ale przy projektowaniu uwzględnia się specyficzne wymagania związane z właściwościami technologii monolitycznej

3 Cechy wzmacniaczy monolitycznych (1): Szerokie zastosowanie układów symetrycznych np. Wzmacniaczy różnicowych Wszystkie elementy układu monolitycznego są wytwarzane podczas jednego procesu technologicznego Dzięki scaleniu na jednym podłożu powstaje silne sprzężenie termiczne możliwość niemal idealnej kompensacji zmian parametrów w zależności od temperatury korzystne w układach symetrycznych

4 Cechy wzmacniaczy monolitycznych (2): Zastępowanie elementów biernych czynnymi (np. Tranzystorami) wszędzie gdzie jest to możliwe Właściwości tranzystora można najlepiej kontrolować w procesie technologicznym Tranzystor zajmuje stosunkowo małą powierzchnię na podłożu monolitycznym

5 Cechy wzmacniaczy monolitycznych (3): Częste stosowanie struktur złożonych w celu poprawy właściwości elementów wytwarzanie takich struktur nie wprowadza poważniejszych utrudnień do procesu technologicznego

6 Cechy wzmacniaczy monolitycznych (4): Projektowanie układów w taki sposób, aby ich parametry nie zależały od uzyskania dokładnych bezwzględnych wartości elementów lecz od zachowania ich wzajemnego stosunku, co jest możliwe do osiągnięcia w technologii wytwarzania układów monolitycznych

7 Cechy wzmacniaczy monolitycznych (5): Zapewnienie stałoprądowych sprzężeń między stopniami, wynika to: z konieczności uzyskania dużego wzmocnienia przy stałych częstotliwościach Z trudności technologicznych w wytwarzaniu kondensatorów sprzęgających o dużych pojemnościach

8 Stopnie wzmacniacza operacyjnego I stopień wejściowy: Wzmacniacz różnicowy wyposażony w źródło prądowe pracujące w obwodzie emiterowym II stopień pośredni: jeden lub dwa stopnie o dużym wzmocnieniu napięciowym, często oddzielone układami przesuwającymi poziom napięcia stałego niezbędne z uwagi na stałoprądowe sprzężenie wszystkich stopni III stopień wyjściowy: Wzmacniacz prądowy o małej rezystancji wyjściowej, np. symetryczny wtórnik emiterowy

9 Wzmacniacz monolityczny μa 741 Opracowany przez firmę Fairchild Semiconductor Produkowany pod różnymi nazwami np. ULY7741 (ś.p. Unitra Cemi) Podstawowy najpowszechniej stosowany i najbardziej masowo produkowany Można by rzec IKONA ELEKTRONIKI

10 Wzmacniacz μa 741- budowa (1) Stopień wejściowy: T1 T7 Wzmocnienia prądowe T1 i T2 wynoszą ok. 200 Bazy bocznych tranzystorów pnp T3i T4 a także kolektorów T1i T2 (za pośrednictwem T8 i T9) są zasilane ze źródła prądowego T10, T11 - taki sposób zasilania uniezależnia prąd zasilający stopień wejściowy od wzmocnienia prądowego tranzystorów bocznych T3 i T4 Dzięki temu unika się konieczn. stosowania jako T3 i T4 tranzystorów dwukolektorowych o dokładnie określ. wzmocnieniu

11 Dzięki duzej rezystancji wejściowej 2-go stopnia (1MΩ) nie wielka pojemnośc 30pF wystarcza do uzyskania odpowiedniego nachylenia ch-ki wzmocnienia w funkcji częstotliwości (20 db/dek) Wzmacniacz μa 741- budowa (2) 2-gi stopień układ Darlingtona T16, T17, przy czym T17 jest obciązony źródłem prądowym T12, T13 takie rozwiązanie zapewnia uzyskanie dużego wzm. Napięciowego (45 db) 2-gi stopień jest objęty pętlą sprzężenia zwrotnego (kompensacja częstotliwości), poprzez kondensator monolityczny C1 typu MOS.

12 Wzmacniacz μa 741- budowa (3) Wzmocnienie wzmacniacza z otwartą pętlą osiąga wartość 1 przy 800 khz, z przesunięciem fazy 80 Wzmacniacza jest stabilny bez dołączania elementów kompensujących nawet przy wzmocnieniu wzmacniacza równym 1

13 Wzmacniacz μa 741- budowa (4) Na wyjściu układ komplementarny T14, T20 pracuje w klasie AB dzięki spolaryzowaniu go prądem ok. 60μA Układ zabezpieczony przed przekroczeniem prądu wpływającego i wypływającego ze wzm. Wypływający prąd wyjściowy ograniczono do 25 ma przekroczenie powoduje odblokowanie T15 w wyniku wzrostu napięcia na R6 Przy zbyt dużym prądzie wpływającym następuje przewodzenie T19 wywołane spadkiem napięcia na R11

14 Wzmacniacz μa 741- budowa (5) W stopniu wejściowym wzmacniacza poprzez włączenie potencjometru zewnętrznego między emiterami T5 i T6 uzyskuje się kompensację sygnałów niezrównoważenia Suwak potencjometru dołącza się do ujemnego napięcia zasilającego