|
| |
|
Главная Журналы в отрыве от схемотехники, нельзя достигнуть желаемого. Таким образом, схемотехника и технология не только «е исключают друг друга, а напротив, в тесном контакте они способны решать сложные технические проблемы микроэлектроники. На примере только одних микросхем с инжекционным питанием можно уже говорить, что совершенствование технологии изготовления инжекционных структур приводит к новому в схемотехнике, которое в недалеком будушем найдет применение и в каскадах АПИМ, и в других устройствах. ГЛАВА ПЯТАЯ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В ИНТЕГРАЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ В полупроводниковых интегральных усилителях и их отдельных каскадах в результате высокой плотности упаковки элементов (очень близкого расстояния между областями элементов) и влияния активной подложки резко проявляются взаимные воздействия элементов: различные связи между ними, всевозможные паразитные эффекты. Это связано с тем, что каждый элемент микросхемы, реализованный в активной подложке и изолированный от последней обратно смешенным р-п переходом, образует как минимум паразитные диод и емкость, а иногда паразитные транзисторы, емкости и сопротивления. Паразитные элементы совместно с элементами микросхемы могут образовывать сложные, внутренние прямые и обратные связи, причем эти связи могут быть как электрические, так и тепловые [5, 25]. В связи с этим перед разработчиками АПИМ стоит сложная задача распознать и количественно оценить влияние внутренних взаимных воздействий и связей в микросхеме, а также рационально использовать схемотехнические, топологические и технологические методы, способствуюшие ослаблению или полной компенсации этих нежелательных явлений. Только зная суш-ность и особенности разнообразных взаимных влияний и паразитных электрических и тепловых связей, разработчик сможет квалифицированно решать эту проблему, т. е. ослаблять или полностью избавляться от внутренних нежелательных явлений и, самое главное, умело использовать их для улучшения параметров и характеристик разрабатываемых АПИМ [93]. 5.1. ПАРАЗИТНЫЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ Когда напряжение сигнала с выхода интегрального каскада или какого-то элемента, включенного в его выходную цепь, через паразитные сопротивления, емкости, диоды, транзисторы или их совокупность передается во входную цепь каскада, то такую паразитную связь принято считать - внутренней электрической обратной связью (ОС). При известном многообразии паразитных цепей ОС в интегральном усилителе или каскаде напряжение сигнала с выходной цепи может попадать нз вход как в фазе, так и в противофазе, т. е. внутренняя электрическая паразитная ОС может быть как положительной, так и отрицательной [69]. Помимо электрической ОС в интегральных усилителях может возникать и тепловая паразитная ОС. В результате того, что мощность, выделяемая в элементах интегрального усилителя, в особенности в его мощных транзисторах, работающих в режиме класса АВ, рассеивается внутри кристалла, от чего его температура повышается. Поскольку выходные транзисторы усилителя занимают только часть площади кристалла, то даже при высокой его теплопроводности в разных точках кристалла неизбежно появляется разность температур, достигающая иногда одного градуса, что может вызывать значительное рассогласование по температуре парамеров пары входных транзисторов и появление у них некоторого внутреннего входного напряжения. Иными словами, между выходными и входными транзисторами интегрального усилителя за счет теплопроводности кристалла может возникать тепловая ОС, которая также может быть как положительной, так и отрицательной [68]. Рассмотренные паразитные ОС (электрическая и тепловая) как по своим природным истокам, так и по самому принципу действия довольно сильно отличаются друг от друга, да и влияют они на параметры интегрального усилителя неодинаково. Электрическая паразитная ОС более заметно сказывается на параметрах интегрального усилителя в области высоких частот. Тепловая же паразитная ОС почти не влияет на параметры интегрального усилителя в области высоких частот и оказывает заметное влияние лишь на низких частотах (от О до 200 Гц). Ввиду того, что тепловая паразитная ОС заметно отличается от электрической, действие их на параметры интегрального усилителя будем рассматривать раздельно. 5.2. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАЗИТНЫХ ОС НА ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЯ В самом общем случае очень трудно дать количест-Венную оценку предполагаемым влияниям различных внутренних электрических паразитных ОС на параметры и характеристики даже для одного каскада интегрального усилителя. Возможно, поэтому разработчики АПИМ стали часто прибегать к математическому моделированию с помощью ЭЦВМ характерных паразитных эффектов, которые сопутствуют выбранной схемотехнике типовой топологии и предполагаемой технологии. Однако математически описать даже одни только характерные паразитные ОС в интегральном усилителе дело не простое и, самое главное, не всегда позволяющее получить желаемые результаты. В том случае, когда моделирование на ЭЦВМ нецелесообразно или когда разработчик не располагает такой возможностью, при разработке интегральных усилителей используют отработанные схемотехнические решения для данной технологии :И опробованные типовые топологии активных и пассивных элементов, а для ослабления влияний или компенсации внутренних электрических паразитных ОС в каскадах используют местные ОС. Такие ОС в каскадах интегральных усилителей в основном бывают двух типов: последовательные по току и параллельные по .напряжению. Конечно, кроме паразитных и местных ОС в интегральных усилителях, которые в подавляющем большинстве являются операционными усилителями (ОУ) *, для улучшения их параметров и характеристик, а также для решения различных схемотехнических задач почти всегда используется внешняя или общая отрицательная обратная связь (ООС), реализуемая с помощью дискретных элементов со стабильными параметрами [26]. Таким образом, интегральные ОУ, играющие в аналоговых устройствах, да и в любой области электроники, универсальную роль, являются усилителями Подробно ОУ рассматриваются в гл. 6. 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 |