Схемотехника усилителей: Усилители в интегральном исполнении

До сих пор мы говорили только об усилителях, строящихся из обычных дискретных компонентов. Но в радиотехнике все большее значение приобретают интегральные усилители, применяющиеся как на низких, так и на высоких частотах. Вообще, проблема проектирования интегральных микросхем, хотя и крайне важна, но в настоящей книге описывается лишь вскользь. Однако читатель должен понимать, что многие из представляемых решений на биполярных транзисторах находят применение в первую очередь внутри интегральных микросхем, выполняемых либо как приборы многофункциональные, либо ориентированные только на выполнение одной функции усиления сигналов (операционные усилители).

Схемотехника интегральных усилителей обладает рядом особенностей, которые мы практически не затрагивали при предыдущем описании низкочастотных и высокочастотных усилителей. Все эти особенности продиктованы в первую очередь теми ограничениями, которые присущи технологии производства самих интегральных микросхем.

Во-первых, внутри микросхем крайне затруднена реализация емкостей и индуктивностей. Это приводит к тому, что единственным способом связи между каскадами в многокаскадных усилителях оказывается непосредственная связь, т.е. интегральные усилители неизбежно являются усилителями постоянного тока. Для формирования частотной характеристики такого усилителя применяются внешние по отношению к микросхеме корректирующие цепи на дискретных элементах. Данное ограничение приводит к существенным проблемам при согласовании каскадов и вынуждает включать в состав схем множество дополнительных цепей, использования которых можно было бы избежать при применении дискретных компонентов (как правило, разработчики микросхем не слишком ограничены числом применяемых в усилителе транзисторов, так что наличие большого количества дополнительных цепей различного функционального назначения создает проблему только для тех, кто пытается разобраться в том, как работает та или иная микросхема).

Второй особенностью интегральной технологии являются трудности в реализации на одной кремниевой пластине транзисторных структур различных типов (биполярных и полевых). Таким образом, интегральные усилители могут строиться либо только на основе биполярных транзисторов, либо только на основе полевых транзисторов (конечно, технологии совершенствуются, и данное ограничение иногда можно обойти).

Третий аспект связан с режимами работы транзисторов в интегральных усилителях. Желание минимизировать токи потребления приводит к появлению совершенно особенных транзисторных структур, работающих при очень низких токах и напряжениях. Такие транзисторы в дискретном исполнении не встречаются и требуют особого изучения.

При проектировании усилителей на дискретных компонентах приходится рассчитывать температурные режимы для каждого транзистора в отдельности. В интегральных схемах это не так. Поскольку все приборы расположены на одном кристалле, то разогрев одного из них автоматически означает разогрев и всех остальных до той же температуры (конечно же, это не происходит мгновенно), т.е., как правило, нет необходимости в отслеживании температурного режима "по персоналиям". Но, с другой стороны, проблема температурной стабильности становится одной из важнейших, поскольку рабочая температура всех каскадов усилителя может колебаться в очень широком диапазоне.