Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В
Рис. 2.94
Биполярный транзистор в схеме с ОЭ является стабилизатором тока, обладающим большим выходным сопротивлением при наименьшем падении на нем напряжения. Для увеличения выходного сопротивления транзистора, в цепь его эмиттера включают резистор сопротивлением от 100 до 1000 Ом, обеспечивающий отрицательную обратную связь по току, а в цепь базы включают диод для температурной компенсации. При значении RT=1кОм коэффициент ослабления синфазного сигнала превышает 60-80 дБ (рис.
2.95).
В реальном дифференциальном каскаде с симметричным выходом невозможно обеспечить полную симметрию, приращение
Uк1.сф и Uк 2.сф будут различными и на выходе схемы появляет-
ся Uвых.сф , который обуславливает дрейф нуля. Для снижения дрейфа нужно увеличивать RT.
223
Рис. 2.95
Рис. 2.96
Работа дифференциального каскада с несимметричным выходом. Если нагрузка дифференциального каскада должна быть заземленной, то применяется несимметричный выход (рис. 2.96)
Дифференциальный коэффициент усиления дифференци-
ального каскада при Rн |
с несимметричным выходом очевидно |
||||||
в два раза меньше, чем при симметричном выходе |
|
|
|||||
|
|
U К 2дф |
К |
иэ |
h |
R |
. |
К Д |
|
|
|
21э |
k |
|
|
|
Uвх |
2 |
2(RГ / 2 h11э ) |
|
|||
|
|
|
|||||
Когда входной сигнал U вх1 подается на вход 1 от источника с внутренним сопротивлением RГ1 , а сигнал на входе 2 отсутствует, сигнал U вх1 проходит через эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе VT1 и поступает на вход каскада ОБ на
224
транзистор VT2, который усиливает сигнал. При этом фаза выходного сигнала совпадает с входным сигналом, такой вход является неинвертирующим. Коэффициент усиления сигнала каскадом по первому входу К1.
Если входной сигнал |
U вх 2 поступает на вход 2 каскада, а |
сигнал на входе 1 отсутствует |
Uвх1 0 , то фаза сигнала на выхо- |
де изменяется на противоположную, такой вход называется инвертирующим. Сигнал с входа 2 усиливается каскадом с ОЭ, в эмиттерную цепь которого включен эмиттерный повторитель. В таком случае коэффициент усиления усилителя по второму входу К2.
Если о6а входа 1 и 2 дифференциального каскада с несимметричным выходом подаются одновременно синфазные сигналы
U вх1 и |
U вх 2 , то приращение выходного напряжения |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
Uвых.сф |
К1 |
Uвх1 |
К2 |
Uвх2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Если |
Uвх1.сф |
|
|
|
Uвх 2.сф , получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
Uвых.сф |
|
|
|
Uк 2.сф |
|
К1 |
|
К2 |
Uвх.сф ; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
К |
|
К |
|
|
К |
|
|
Rк |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
сф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2Rэ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При действии противоположных сигналов |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
U |
вых.пф |
|
К ( U |
вх1 |
) К U |
вх2 |
(К U |
вх1 |
К |
2 |
U |
вх2 |
). |
|||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Если |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
К К |
|
К |
|
|
Киэ |
; |
|
U |
|
|
|
Киэ ( U |
|
|
U |
|
|
) . |
|
|
|||||||
|
2 |
|
|
|
|
вых.пф |
вх1 |
вх2 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Формула показывает, что выходное напряжение в схеме пропорционально алгебраической разности входных напряжений в точках 1 и 2, т.е. каскад усиливает разность входных напряжений.
Коэффициент подавления синфазного сигнала (КОСС)
225
К |
|
Uвых.пф |
|
К Д . |
|
П |
Uвых.сф |
|
К1 К2 |
|
|
|
|
|
|||
Коэффициент подавления синфазной составляющей в схеме с симметричным выходом в 1 раз выше, чем коэффициент подав-
ления в схеме с несимметричным выходом К П.нс |
|
К П.с , где |
-разброс параметров транзисторов.
Вдифференциальных усилителях часто для задания эмиттерного тока транзисторов используется схема «токового зеркала». «Токовым зеркалом» называется электронное устройство с одним входом и одним или несколькими выходами, выходной ток (или токи) которого повторяет как по величине, так и по направлению его входной ток. Простейшая схема токового зеркала на двух идентичных транзисторах VT1 и VT2 представлена на рисунке 2.97.
Транзистор VT1 используется в диодном включении.
Рис. 2.97 |
|
|
Так как его напряжение U |
КБ |
0, то он работает на границе |
|
|
|
активного режима и режима насыщения. При этом его коллектор- ный и базовый токи связаны соотношением IкVT1 IБVT1 h21э .
Так как параметры транзисторов полностью идентичны, то из усло-
вия |
U |
БЭVT1 U |
следует, |
|
что |
I |
БVT1 I |
, при этом |
|||||
|
БЭVT 2 |
|
|
|
|
|
БVT 2 |
||||||
IКVT1 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IКVT 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Iвх |
IКVT1 |
IБVT1 |
I |
БVT 2 |
, |
|||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
это условие можно записать |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
I |
|
I |
|
|
(1 |
|
2 |
|
) , |
|
|
|
|
вх |
КVT1 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
h21э |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
откуда
226
I |
КVT1 |
I |
вх |
/(1 2/ h |
|
) , h |
1, |
|
|
21э |
21э |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
поэтому |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iвх |
IКVT1 |
IКVT 2 , |
|
||
следовательно, входной ток будет повторять выходной. Использование токовых зеркал в качестве динамической на-
грузки дифференциального каскада и в качестве источника тока в цепи эмиттеров позволяет получить коэффициент усиления входного дифференциального напряжения на одном каскаде свыше 5000 (при условии, что нагрузка на выходе усилителя отсутствует) и
КОСС свыше 100 000 (100 дБ).
Рис. 2.98
На рис. 2.98. показан дифференциальный усилительный каскад с динамической нагрузкой и источником тока в виде «токового зеркала».
Входное сопротивление дифференциального усилителя может быть существенно увеличено при использовании в каскаде полевых транзисторов. При построении таких схем предпочтение отдается полевым транзисторам с управляющим р-п переходом. Это обусловлено следующими причинами:
более высокой стабильностью их характеристик; большой электрической прочностью затвора (меньше боит-
ся пробоя статическим электричеством), большей допустимой разностью входных напряжений (до 20-З0В).
Типовая схема дифференциального каскада на транзисторе с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа приведена на рис. 2.99. Особенностью этой схемы является использование в качестве истокового токозадающего элемента источника тока на полевом транзисторе VT3 и резисторе Rи. Резисторы Rсм1 и Rсм2 предназна-
227