Способы увеличения коэффициента усиления в двухкаскадных операционных усилителях | Статья в сборнике международной научной конференции

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 1 мая, печатный экземпляр отправим 5 мая.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: 7. Технические науки

Опубликовано в

XIX международная научная конференция «Исследования молодых ученых» (Казань, апрель 2021)

Дата публикации: 02.04.2021

Статья просмотрена: 27 раз

Библиографическое описание:

Казарян, А. А. Способы увеличения коэффициента усиления в двухкаскадных операционных усилителях / А. А. Казарян. — Текст : непосредственный // Исследования молодых ученых : материалы XIX Междунар. науч. конф. (г. Казань, апрель 2021 г.). — Казань : Молодой ученый, 2021. — С. 7-9. — URL: https://moluch.ru/conf/stud/archive/392/16466/ (дата обращения: 21.04.2021).



В аналоговых интегральных схемах операционные усилители считаются структурной единицей. Компараторы, инвертируюшие усилители и другие аналоговые схемы могут быть построены на базе операционных усилителей. На вышеупомянутые блоки большое влияние оказывает коэффициент усиления операционного усилителя. В работе рассматриваются методы увеличения коэффициента усиления двухкаскадного операционного усилителя.

Ключевые слова: операционный усилитель, усиления, ток, КМОП.

Операционные усилители считаются одной из основных структурных единиц аналоговых схем. Идеальным операционный уселитель имеет параметры показанные в таблице 1․

Таблица 1

Параметры операционного усилителя

Presentation1 - PowerPoint

Коэффициент усиления определяется отношением изменения входного напряжения к вызвавшему его изменению напряжения между дифференциальными входами усилителя при разомкнутой цепи обратной связи.

В зависимости от способа подачи входного сигнала различают дифференциальное входное сопротивление (сопротивление для входного сигнала, разность потенциалов которого приложена между дифференциальными входами) и входное сопротивление для синфазных сигналов (сопротивление для синфазных сигналов обычно очень велико).

Выходное сопротивление — это сопротивление, измеренное со стороны подключения нагрузки [1].

Некоторые схемы, построенные на базе операционного усилителя, показаны на рисунке 1.

․ Схемы на базе операционного усилителя

Рис. 1․ Схемы на базе операционного усилителя

Принципиальная схема классического операционного усилителя представлена на рисунке 2.

․ Строение операционного усилителя

Рис. 2․ Строение операционного усилителя

Первый каскад — это дифференциальный усилительный каскад, который является усилителем дифференциального сигнала, второй каскад — это выходной усилитель. Коэффициент усиления схемы определяется уравнением (1):

(1)

В идеале, входной дифференциальный усилительный каскад в основном отвечает за усиления, выходной усилитель во втором каскаде в основном используется для согласования сопротивлений.

Классическая схема двухкаскаднoго операционного усилителя в КМОП технологии представлена на рисунке 3.

Структура двухкаскаднoго операционного усилителя

Рис. 3. Структура двухкаскаднoго операционного усилителя

В дифференциальном усилителе транзисторы Q1 и Q2 являются усилительными, а Q3 и Q4 играют роль активной токовой нагрузки. Транзистор Q5 является источником тока ․

Во втором каскаде мы имеем транзистор Q7, который включен по схеме с общим истоком

(2)

Подставляя формулу в , получаем

,

что для увеличения общего усиления необходимо увеличить усиление первого или второго каскада соответственно. Для усиления первого каскада необходимо увеличить W транзистора Q1 или уменьшить L, что может привести к значительному эффекту вторичного эффекта — модуляции. Для усиления второго каскада необходимо увеличить W транзистора M7 или уменьшить L, что может привести к значительному эффекту вторичного эффекта — модуляции. Поскольку L зависит от технологического процесса, то в основном мы можем увеличить или уменьшить коэффициент усиления с операционного усилителя c изменением W. Можно увеличить усиления с помощью Q6 транзистора, но это может приводить к уменьшению выходного рабочего диапазона․Второй способ для увеличения коэффициента усиления усилителя является повышения тока, поскольку

Транзисторы Q8 и Q5 являются токовым зеркалом и по этой причине мы можем изминит ток.

Заключение

В статье была рассмотрена основная конструкция двухкаскаднoго операционного усилителя․ В настоящее время операционный усилитель с большим коэффициентом усиленияшироко востребован как отдельно, так и в составе микросхем․ В статье рассмотрены основные методы увеличения коэффициента усиления схем, а также базовые схемы, сконструированные с помощью операционных усилителей․

Литература:

  1. Behzad, Razavi Fundamentals of Microelectronics / Razavi Behzad. — 2. —:,. — 932 c. — Текст: непосредственный.
  2. Операционный усилитель. — Текст: электронный // Wikipedia: [сайт]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %9E %D0 %BF %D0 %B5 %D1 %80 %D0 %B0 %D1 %86 %D0 %B8 %D0 %BE %D0 %BD %D0 %BD %D1 %8B %D0 %B9_ %D1 %83 %D1 %81 %D0 %B8 %D0 %BB %D0 %B8 %D1 %82 %D0 %B5 %D0 %BB %D1 %8C (дата обращения: 31.03.2021).
  3. Внутренняя структура операционных усилителей. — Текст: электронный //: [сайт]. — URL: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/op/op_4.htm (дата обращения: 31.03.2021).

Ключевые слова

ток, КМОП, операционный усилитель, усиления