Page 1 of 4

Cursul 3 – EA (4ore)

2. Structura internă şi parametrii AO

2.1. Structura internă de principiu a AO de tipul VFA

Etajul de intrare face trecerea de la modul diferenţial la modul simplu (cu referinţă masa).

Etajul de intrare conţine un amplificator diferenţial realizat cu tranzistoarele Q1 şi Q2 şi oglinda de curent formată din tranzistoarele Q3 şi Q4 cu rol de sarcină activă.

Acest etaj determină: prima parte a amplificării în buclă deschisă, valoarea rezistenţei de intrare diferenţiale şi parametrii de offset (decalaj).

Etajul intermediar este cu tranzistor în conexiune emitor-comun. Condensatorul Cc are rol în compensarea în frecvenţă a AO (adică împiedică intrarea în oscilaţii a circuitului realizat cu AO).

Acest etaj determină: cea de-a doua parte a amplificării în buclă deschisă, compensarea internă cu frecvenţa şi viteza maximă de variaţie a semnalului de ieşire (SR – Slew Rate).

Etajul de ieşire este un etaj în contratimp realizat cu tranzistoarele complementare Q6 şi Q7, ambele în conexiune colector-comun (repetoare pe emitor).

Acest etaj determină: rezistenţa de ieşire a AO şi valoarea tensiunilor de saturaţie.

2.2. Structura internă de principiu a AO de tipul CFA

Q1 Q2

Q3

Q4

2IEE

Cc

Q5

D1

Io

Q7

Q6

D2

U+

U-

V-

V+

Uo

Etajul de intrare Etajul de iesireEtajul intermediar

Ic2Ic1 Iout-

Iout+

Iout1

Ic1

Ic1

Q4

Q1

Q8Q7

Q12

Q9

IA1

IA1

IA2

IA2

Q6Q5

Q3

Q2

Q11

Q10

0

U+ U-

V+

Uo

V-

iN

i2

i1

i2

i1 iN

nod de

castig

Z

Buffer de iesireOglinzi de

curent

Buffer de intrare

Page 2 of 4

Buffer-ul de intrare se bazează pe perechea push-pull Q1, Q2 care are rolul să asigure o impedanţă foarte mică în nodul său de ieşire U- care acţionează ca intrare inversoare. În prezenţa unei reţele externe, perechea push-pull poate uşor să debiteze sau să absoarbă un curent iN

substanţial, cu toate că în regim static 0≅Ni .

Q1 şi Q2 sunt comandate de repetoarele pe emitor Q3 şi Q4, al căror rol este de a creşte impedanţa de la intrarea neinversoare U+ şi de a micşora curentul de polarizare de la aceeaşi intrare. Repetoarele Q3 şi Q4 asigură totodată căderi potrivite de tensiune pe joncţiuni pn pentru a polariza Q1 şi Q2 în regiunea activă normală şi a reduce astfel distorsiunile de racordare. Prin proiectare, buffer-ul de intrare forţează U+ să urmărească U-. Acest lucru este similar cu ce se întâmplă la la VFA, cu deosebirea că la VFA U

+ urmăreşte U- prin intermediul reacţiei

negative. Orice curent dirijat spre U- prin intermediul unei reţele externe determină un dezechilibru între curenţii perechii push-pull:

Niii =− 21

Oglinzile de curent Q5-Q6 şi Q7-Q8 reproduc replicile i1 şi i2 şi le sumează în nodul numit nod de câştig. Tensiunea din acest nod este izolată de ieşire printr-un alt buffer de tip repetor realizat cu tranzistoarele Q9, Q10, Q11 şi Q12, denumit buffer de ieşire. Ignorând curentul de poalarizare al acestui buffer şi aplicând legea lui Ohm se poate scrie:

no IjfzU )(=

unde z(jf) este impedanţa echivalentă netă dintre nodul de câştig şi masă şi se numeşte câştigul transimpedanţă în buclă deschisă. Această caracteristică de transfer este asemănătoare cu cea a VFA, cu deosebirea că semnalul de eroare iN este un curent şi nu o tensiune iar câştigul z(jf) se exprimă în V/A în loc de V/V. Din acest motiv CFA se mai numesc şi amplificatoare

transimpedanţă.

2.3. Etaje fundamentale ale AO de tipul VFA

A. surse de curent constant B. surse şi referinţe de tensiune C. etaje de amplificare diferenţiale D. etaje de deplasare a nivelului de c.c. E. etaje de ieşire (finale) A. Surse de curent constant

• Oglinda de curent (sursa cu 2 tranzistoare bipolare)

βIII, IQQ CCBB ==⇒==≡ 212121 1

β

β

β

I

I

ref

o

21

12

+

=+

=

dat Epentru const. C≅−

=R

UEI BEC

ref

2 iesire de Rezistenta ceo rR =

• Oglinzi de curent cu 3 tranzistoare bipolare a)

ββββ

β

++

=

++

=

2

21

1

12

ref

o

I

I

2ceo rR =

b) Sursa WILSON

βββ

ββ

β

ββ

2

21

1

1

21

2

2 ++

=

+

++

+

+

=ref

o

I

I

22ce

o

rR β≅

IMPORTANT: efectul de "oglindire" este mai bun decât la sursa simplă de curent cu două

tranzistoare din cauza prezenţei lui β2.

• Oglinzi de curent realizate cu TEC-MOS

2

12 1

dso

ref

orefDDo

rR

I

IIIII

=

=⇒===

Sursa WILSON

1312 dsdsmo

refo

r)rg(R

II

⋅+≅

=

Structura TEC-MOS

Page 4 of 4

Caracteristica iD(vDS)

• in cazul functionarii la VDS mic • in cazul functionarii pentru VDS crescator In cazul oglinzii de curent, VDS=VDG+VGS, dar VDG=0 din cauza scurtcircuitului dintre drena si poarta, deci VDS=VGS. Tranzistorul M1 lucreaza in regiunea de saturatie deoarece VDS=VGS>VGS-VP, unde VP este tensiunea de prag. B. Surse şi referinţe de tensiune

Se realizează configuraţii optimizate în două direcţii:

• circuite tip sursă de tensiune care au o comportare optimă faţă de variaţia impedanţei de sarcină, motiv pentru care au o impedanţă de ieşire mică;

• circuite tip referinţă de tensiune care sunt optimizate faţă de variaţiile temperaturii şi ale tensiunii de alimentare dar au impedanţa de ieşire de valoare mai mare decât sursele de tensiune.

• Surse de tensiune ROL: de a furniza tensiuni constante de polarizare, indiferent de impedanţa de sarcină.

C

21

2

E variatiala atanestabiliz fiind

daca )U(ERR

RUUU BECoBED −

+=⇒=

( )[ ]1

21

+

++=

βbeD

o

rrRRR