Операционные усилители

Некоторые типичные схемы с операционными усилителями

4.30. Линейный переключатель на полевом транзисторе с p-n - переходом, с компенсацией R_вкл

В гл. 3 мы более или менее подробно рассмотрели линейные переключатели на полевых МОП - транзисторах. В качестве линейных переключателей можно также использовать полевые транзисторы с p-n - переходом. Однако в связи с тем что затвор не должен проводить ток, нужно проявлять особое внимание к сигналам, поступающим на него. Типичная схема показана на рис. 4.76. Для того, чтобы транзистор находился в режиме отсечки, потенциал затвора поддерживается на уровне ниже потенциала земли. Это значит, что если входной сигнал становится отрицательным, потенциал затвора должен быть меньше самого отрицательного значения входного сигнала по крайней мере на величину U_отс. Для того чтобы транзистор перешел в состояние проводимости, потенциал управляющего входа должен стать более положительным, чем самое большое положительное значение входного сигнала. При этом диод смещается в обратном направлении, а напряжение на затворе устремляется к значению напряжения истока через резистор 1 МОм.

Pиc. 4.76.

Эта схема, конечно, нескладна, и может быть поэтому в линейных преобразователях чаще используют полевые МОП - транзисторы. Однако если воспользоваться операционным усилителем, то можно сделать красивый линейный переключатель и на основе полевого транзистора с р-n - переходом. В этом случае на суммирующем переходе инвертирующего усилителя можно подключить исток транзистора мнимому потенциалу земли. Теперь для того, чтобы включить транзистор, достаточно сделать напряжение на затворе равным потенциалу земли. Еще одно преимущество такой схемы состоит в том, что она обеспечивает возможность полного устранения ошибок, обусловленных конечной величиной сопротивления R_вкл и его нелинейностью. На рис. 4.77 представлена эта схема.

Рис. 4.77. Переключатель на полевых транзисторах с р-n - переходом, использующий в своем составе ОУ, с компенсацией R_вкл.

Следует особо отметить два свойства этой схемы: (а) Когда транзистор Т₁ находится в состоянии ВКЛ (затвор заземлен), схема представляет собой инвертор с идентичными импедансами во входной цепи и в цепи обратной связи. В результате устраняются все эффекты, связанные с конечным или нелинейным сопротивлением транзистора в состоянии ВКЛ, при условии, что полевые транзисторы согласованы по R_вкл. (б) Вследствие низкого значения напряжения отсечки транзисторов схема хорошо работает, если управляющий сигнал лежит в пределах от нуля до +5 В, что как раз соответствует уровням для стандартных цифровых логических схем (см. гл. 8 и 9). Если исток транзистора T₁ подключен к мнимой земле (суммирующий вход), то инвертирующая конфигурация упрощает работу схемы, так как в состоянии ВКЛ на исток T₁ не поступает никаких сигналов. Когда Т₁ находится в состоянии ВЫКЛ, диод Д₁ препятствует включению транзистора при положительных входных сигналах. Когда переключатель закрыт, влияние диода Д₁ никак не сказывается.

Существуют p- канальные полевые транзисторы с p-n - переходом с низкими напряжениями отсечки, удобной конфигурации и с приемлемой пеной. Например, в семейство IH5009 - IH5024 входят такие схемы, в которых в одном транзисторном корпусе размешаются четыре полевых транзистора плюс один полевой транзистор для устранения ошибок; для них R_вкл составляет 100 Ом, а цена не превышает двух долларов. Подключите еще ОУ и несколько резисторов и вы получите мультиплексор на 4 входа. Следует отметить, что подобный трюк с R_вкл можно оделать и в переключателе на полевых МОП - транзисторах.

Частотная коррекция усилителей с обратной связью