СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №5/2015

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 25 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2015 ное напряжение V OUT усилителя DA1 в K V раз больше входного, то для коэффици- ента передачи с замкнутой ОС справед- ливо выражение: , (3) где K F – значение коэффициента пере- дачи усилителя DA1 при замкнутой цепи ОС, а знак «–» обусловлен тем, что входное и выходное напряжения нахо- дятся в противофазе. В случае с ЗЧУ пренебрегают актив- ной составляющей эквивалентной входной проводимости по сравнению с реактивной. Тогда для коэффициента передачи (коэффициента преобразова- ния входного заряда в выходное напря- жение K QV ), без учёта влияния АЧХ уси- лителя DA1, то есть в предположении, что коэффициент усиления K V сохра- няет постоянное значение в спектре частот входного сигнала, справедли- во соотношение: , (4) где C D , C INP – ёмкость датчика и вход- ная ёмкость инвертирующего усили- теля DA1, соответственно. Выражение (4) можно пояснить сле- дующим образом. Токовый сигнал дат- чика, аппроксимируемый δ -функцией, накапливается на суммарной дина- мической ёмкости обратной свя- зи C F (1 + K V ), датчика C D и входной ёмкости усилителя C INP и преобразу- ется в импульс входного напряжения, который усиливается в K V раз с помо- щью усилителя DA1. При этом фор- ма выходного напряжения ЗЧУ имеет экспоненциальный спад с постоянной времени t F = C F R F , а постоянная време- ни фронта нарастания t R определяет- ся доминирующей постоянной време- ни t AMPL усилителя DA1 и параметрами элементов ОС: . (5) Из выражения (4) следует, что для обеспечения постоянного коэффици- ента преобразования K QV ≈ –1/C F при разных значениях ёмкостей датчиков необходимо выполнение условия . (6) Обычно для уменьшения уровня шумов выход ЗЧУ соединяется с поло- совым фильтром, который приводит к появлению на выходе аналогового канала (OUT, см. рис. 1) импульса специ- альнойформы. Поэтому такойфильтр часто называют «формирователем». Схемотехническую структуру инте- грального фильтра выбирают с учётом реальной формы сигнала, возможно- сти реализации фильтра в полупро- водниковом исполнении и миними- зации потребляемой мощности при обеспечении необходимого быстро- действия. С учётом этих факторов, а также для дополнительного усиле- ния сигнала, в интегральном испол- нении предпочтительно изготов- ление резистивно-ёмкостных CR M – RC N -активных полосовых фильтров (DA2 – DA N+1 , R, R F1 , C, см. рис. 1), кото- рые состоят из последовательного соединения M-дифференцирующих и N-интегрирующих цепей [1]. Шумовые свойства ЗЧУ характеризу- ет эквивалентный шумовой заряд (ENC, Equivalent Noise Charge), вызывающий на выходе канала сигнал, равный сред- неквадратическому значению шумов. При аналитических оценках уров- ня шумов канала, содержащего ЗЧУ и фильтр, обычно полагают, что пре- обладающий вклад вносит «головной» транзистор ЗЧУ. Для полевого транзи- стора с p–n-переходом (ПТП), вклю- чённого по схеме с общим истоком, без учёта влияния фликкер-шума, справед- ливы соотношения [1]: (7) . , (8) где J указывает на принадлежность параметров к ПТП, ENC PJ , ENC SJ – экви- валентный шумовой заряд, обусловлен- ный параллельной и последовательной составляющей шумов, α S1 , α S2 – коэффи- циенты формы выходного импульса, T M – момент времени, соответствующий максимуму (пику) импульсной харак- теристики, C SG , C DG – ёмкости обрат- но смещённых p–n-переходов исток- затвор и сток-затвор, C STR – паразитная ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ SCHAEFER