СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-3

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ в канале, a – половина толщины то копроводящей части канала при отсут ствии внешнего напряжения. Увеличение тока стока ПТП приво дит к значительному увеличению по требляемой мощности, поэтому одной из главных задач при проектировании малошумящих усилителей является минимизация тока потребления во всех цепях и поиск компромисса меж ду уровнем шума, быстродействием и потребляемой мощностью [31]. При схемотехническом моделиро вании и параметрической оптимиза ции усилителя U4A были учтены следу ющие противоречивые факторы [23]: ● для уменьшения уровня шума целе сообразно увеличивать сопротивле ния резисторов в эмиттерных цепях, крутизну Q17, отношение тока стока ПТПQ17 к коллекторному току тран зистора с общей базой Q24; уста навливать потенциал истока Q17 с помощью n–p–n транзистора Q8 с малым сопротивлением базы; обес печивать низкий импеданс по пе ременному сигналу узлов схемы (P3npn, HD на рис. 6), задающих ра бочий режим, например, соединени ем этих узлов с конденсаторами; ● для увеличения коэффициента уси ления с разомкнутой ООС рекомен дуется увеличение коллекторного тока транзистора с общей базой и крутизны входного ПТП. Обычно к уменьшению уровня шу мов ЗЧУ приводит увеличение сопро тивления резистора R F [23]. Однако формирование высокоомных резис торов в интегральном исполнении за труднено из за необходимости услож нения технологического маршрута изготовления ИС для введения воспро изводимых слоёв с высоким удельным сопротивлением (полупроводнико вых, поликремниевых, тонкоплёноч ных) либо из за большой занимаемой площади и, следовательно, большой паразитной ёмкости высокоомного ре зистора, выполненного на типовомпо лупроводниковом слое. Предложено [32, 33] реализовать функции высокоомного резистора с помощью преобразования напряже ние–ток и использования ТА. Подоб ное схемотехническое решение при менено в разработаннойИС, для чего в её состав введены два ТА. Каждый атте нюатор содержит последовательно соединённые каскодные токовые зер кала с отдельными входами (вывод P3A, P3B и P4A, P4B на рис. 3). Выходы токовых зеркал соединены между собой и с выводом P3C (P4C) микро схемы. Коэффициент ослабления то ка ( K I = I OUT / I IN ) каждого «токового зер кала» (Q1, Q2, Q9, Q10, Q15) прибли зительно определяется отношением эмиттерных резисторов ( R 3 / R 4 ) [29] и составляет K I ≈ 1/130. О СНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИПОВЫХ СХЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ Несмотря на то что разработанная ИС состоит из усилителей, наименова ния параметров которых и методики измерений известны [34], при экспе риментальных исследованиях универ сальной аналоговой микросхемы изу чались АЧХИУ (см. рис. 7), зависимость входных токов предварительного уси лителя U1 от напряжения на выводе VERL при балансировке ОУ с помощью потенциометра 33 кОм (см. рис. 8), а также параметры типовых схем, необ ходимых в датчиковой аппаратуре, а именно: ● ТРУ на основе U1, показанного на рисунке 9, на котором источник на пряжения V IN и резистор R S модели руют ток ( I IN = V IN / R S ) источника входного сигнала; ● ЗЧУ на основе усилителейU1, U4 (ис точник напряжения V IN и калибро вочный конденсатор C C на рисун ке 10 моделируют заряд ( Q IN = V IN C C ) источника входного сигнала); ● неинвертирующего усилителя напря жениянаосновеU1(нарисунке11эле менты R 1 , R F , C F образуют ООС, V IN – источник входного напряжения, R 2 – резистор, устанавливающий уровень постоянного напряжения на входе InNi приотсутствии сигнала); ● ЗЧУ на основе предварительного усилителя и токового аттенюатора U4 (на рисунке 12 резистор R F и ТА с входами PA, PB и выходом PC образу ют «активный резистор» ООС, R B – резистор для балансировки ТА, поз воляющий установить требуемое значение постоянного выходного напряжения ЗЧУ при отсутствии входного сигнала). Измерения осуществлялись с по мощью контрольно измерительного комплекса УНИПРО (осциллограф В 423, генератор сигналов произволь ной формы В 332 и аналого циф ровой порт В 381 [35]) и осцил лографа Agilent MSO6052A. Более подробная информация о рекомен дуемой схеме включения универ сальной аналоговой микросхемы приведена в [36]. При исследованиях типовых схем, показанных на рисунках 9–12, особое внимание уделялось выявлениюоблас ти значений частоты входного сигна ла, параметров элементов цепей ООС, диапазона входного напряжения, при котором коэффициентыпреобразова 63 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2011 Рис. 14. Выходной сигнал ЗЧУ U1A (см. рис. 10) при C F = 0, R F = 10 МОм, Q IN = –100 фКл (а, б) и Q IN = –3 пКл (в, г), С D = 0 (а, в) и С D = 100 пФ (б, г) Масштаб по горизонтали 1 мкс/дел.; масштаб по вертикали: 50 мВ/дел. (а, б) и 1 В/дел. (в, г) а) б) в) г) © СТА-ПРЕСС