Линейные применения КМОП микросхем

   

   Как правило n-p-n и p-n-p транзисторы используются как комплиментарная пара при построении усилителей на микросхемах с КМОП структурой.
Уровень современных технологий позволяет добавить в КМОП структуру P- и  N- канальные транзисторы. Благодаря их симметрии они образуют сами себе смещение, равное половине напряжения питания. На рис.1 показана идеализированная переходная характеристика инвертора на паре комплиментарных транзисторов с ООС. Высокая крутизна характеристики в точке половины напряжения питания дает возможность использовать такой элемент как усилительное устройство. На рис.2 показана схема усилителя на одном инверторе.
На рис.3 показаны типовые характеристики напряжения на каждом инверторе при различных напряжениях питания. Форма этих кривых мало зависит от температуры. Более подробно влияние температуры показано на рис.4. Когда усилитель работает при напряжении питания +3 В, с ростом температуры начинает резко нарастать ток потребления.
На рис.5 показаны типовые коэффициенты усиления в зависимости от частоты входного сигнала и от напряжения питания. Как видно, при повышении напряжения питания коэффициент усиления уменьшается, но частотные свойства цепи улучшаются.
Каскадное включение КМОП элементов позволяет получить более высокий коэффициент усиления. На рис.6 показано каскадное включение 3-х элементов с одним элементом обратной связи. В этой схеме коэффициент усиления связан с соотношением сопротивлений резисторов и в данном случае равен 10. 
Как ни странно, включение КМОП элемента имеет смысл после операционного усилителя. В схеме рис.7 включение инвертора после операционного усилителя (ОУ) "разгружает" ОУ, поскольку входное сопротивление инвертора очень велико. С другой стороны, размах колебаний на инверторе может быть от единиц милливольт до уровня напряжения питания микросхемы.
Схема рис.8 показывает включение популярного операционного усилителя LM324 с КМОП инверторами. Коэффициент усиления в такой схеме достигает 160 дБ. При этом следует отметить, что в одном корпусе микросхемы LM324 имеется 4 операционных усилителя, а в одном корпусе КМОП инверторов их находится 6!
Для увеличения выходной мощности можно запараллелить большое количество инверторов. Так, в схеме рис.9 можно получить выходной ток до 50 мА.
На рис.10 показана схема ждущего мультивибратора с длительностью импульса T = 1,4RC. На рис.11 - схема генератора ступенчатого напряжения на 4-разрядном счетчике. На рис.12 - схема автогенератора с выходами, сдвинутыми по фазе. На рис.13 - схема интегратора, на рис.14 - схема генератора прямоугольных колебаний с частотой f =1/(1,4RC).