Усилительные параметры ДУ в режиме малого сигнала

I_k1*R_k1 @ I_k2*R_k2 < E₁ - U_синф

Оба транзистора находятся в усилительном режиме даже при большом U_синф

R_k1 = R_k2 < R_э

I_э01 = I_э02 = I₀/2 при U_д = 0

Транзисторы одинаковы и через них протекает одинаковый ток.

R_г = 0;

K_u1 =

входное сопротивление VT₁ , у которого в цепи эмиттера нагрузка в виде ОБ.

R_вхобТ2 @ r_э2; r_э1 @ r_э2 = 2j_T/I₀

Рекомендуемые материалы

K_u2 =

К_д = DU_вых/DU_д = K_u2 – K_u1 @ bR_k/r_бэ @ R_kI₀/2j_T

Дифференциальный коэффициент усиления ДУ = коэффициенту усиления одиночного транзистора ОЭ.

Усиление ДУ зависит от величины R_k и от режимного тока, следовательно, для увеличения усиления необходимо увеличить R_k

К_с = DU_вых/DU_с = K_u1 + K_u2 @ R_k/2R_э

Синфазный коэффициент усиления зависит от величины R_э и для уменьшения К_с необходимо увеличить R_э

К_осс @ К_д/К_с @ R_э/r_э = R_эI₀/j_T

Для того, чтобы К_осс ® ¥ , необходимо, чтобы R_э ® ¥

Простой ДУ не обладает высоким К_осс

R_вхд = 2r_бэ - дифференциальное входное сопротивление между входами.

Входное сопротивление простого ДУ невысокое, соответствует входному сопротивлению ОЭ.

R_вхс - синфазное R_вх - между объединенными входами 1 и 2 и землей.

сопротивлению ОЭ.

R_вхс @ bR_э

R_вых = R_k||1/h_22э - соответствует выходному сопротивлению усилителя ОЭ.

Недостатки простого ДУ

Трудно получить большой коэффициент усиления по напряжению. Если использовать большое R_k , то необходимо использовать и высоковольтное питание. Входное сопротивление невысокое, невысокое K_occ. Из-за технологического разброса не удается полностью устранить дрейф.

ВАХ ДУ

Считаем, что:

R_э® ¥, тогда i_э1 + i_э2 = I₀ = const

i_э1 - i_э2 = 2Di_э1 = 2Di_э2

Приращения токов равные и противоположные в обоих транзисторах.

Найдем Di_к1/ i_к1

Di_к1/ i_к1 @ D i_э1/(I₀/2) = (i_э1 - i_э2)/( i_э1 + i_э2)    (1)

i_э = I₀exp(U_бэ/j_Т)           (2)

U_бэ1 = U_вх1 – U_э1

U_бэ2 = U_вх2 – U_э2

При симметричной схеме, когда Т₁ º Т₂:

U_бэ1 = U_д/2 - U_э

U_бэ2 = - U_д/2 - U_э

U_д = U_вх1 – U_вх2

Уравнения (2) и связь U_бэ подставляем в (1):

U_д @ 4j_Т = 0,1 В Þ Di_k @ 0,96I₀/2

При U_вх >0,1 В в ДУ начинается ограничение выходного сигнала.

При U_д £ j_Т, то th ® U_д/2j_Т

При малом входном сигнале < 25 мВ, ДУ линейно усиливает сигнал.

Способы улучшения характеристик ДУ

1. Повышение К_осс

К_осс = R_э/r_э; R_э® ¥ (желательно)

-Е_пит ­

Для повышения К_осс необходимо увеличивать R_э, но при больших R_э1 и сохранении I₀ необходимо увеличивать напряжение питания, а это ограничивает использование таких усилителей. Выход из ситуации: I₀ = const. По постоянному току цепь имеет небольшое сопротивление, а по переменному - очень большое. В качестве такого элемента используются источники тока.

Если VT₁ º VT₂

R₂ = R₃, то I₁ = I₀ = (E₂ – 0,7 В)/(R₁ + R₂) @ E₂/R₁ приR₁ >> R₂

Такой источник тока обеспечивает режимный ток I₀ для ДУ и обладает высоким эквивалентным (динамическим) сопротивлением как источник тока.

R_э ~ r_к ~ 0,1¸1МОм

Использование источника тока на согласованных транзисторах VT₁ и VT₂ эквивалентно использованию в цепи эмиттеров ДУ большого сопротивления R_э, т. е. такая схема является высокоомной динамической нагрузкой в цепи эмиттера, следовательно

К_осс ~ r_к/ r_э ~ 10³¸10⁵

2. Увеличение R_вх

1) БТ заменяем на ПТ

Использование ДУ на ПТ (в качестве входных транзисторов).

2) Использование входных транзисторов со сверхбольшим b или составных транзисторов.

R_вх ~ r_бэ = bj_т/I₀

3) Использование на входе каскада с ОК.

ДУ составляют VT₁ и VT_2, и они обеспечивают усиление.

VT₃ и VT₄ -буферный каскад ОК на входе ДУ, т. к. это ОК, то

R_вх = R_{вхокт3,т4} >R_вхоэ

I₀ и I₁ - генераторы стабильного тока

I₀ - режимный ток

Источники тока I₁ обеспечивают смещение и режим работы VT₃ и VT₄. Использование источника тока I₁, а не смещающих резисторов, позволяет дополнительно обеспечить высокое R_вх схемы ОК. Однако при этом могут быть ухудшены тепловые параметры (дрейф больше, т. к. элементов на входе стало больше).

3. Увеличение K_u

Для повышения K_u необходимо увеличить R_k , а это связано с повышением питания. Кроме того, в ДУ симметричный выход, поэтому следующий каскад, желательно, чтобы тоже был симметричным. При симметричном выходе сохраняется условие баланса и можно обеспечить согласование режимов по постоянному току, если использовать p-n-p и n-p-n транзисторы. Однако интегральные p-n-p транзисторы имеют худшие характеристики, чем n-p-n.

В качестве нагрузки ДУ может быть использована динамическая нагрузка - это источник тока, в частности - токовое зеркало.

ДУ с динамической нагрузкой с использованием токового зеркала (рисунок).

VT₁ VT₂ - ДУ; VT₃ и VT₄ - токовое зеркало или нагрузка для ДУ.

Такая нагрузка обеспечивает как полное использование токов VT₁ и VT₂ и обеспечивает одиночный выход, что позволяет легко согласовать с последующими усилительными схемами.

Т. к. I₀ = const = i_k1 + i_k2, тогда

Di_k1 = -Di_k2

В лекции "37 Полицетемия" также много полезной информации.

Di_k1 = Di_k3

Если VT₃ º VT₄, то Di_k4 = Di_k3 = Di_k1

Di_kS^вых = 2Di_k

Т. к. K_u ~ bR_k/r_э

R_k ~ r_к Þ K_u @ br_k/ r_э ~ b(10²¸10⁵)

В этом случае даже при относительно небольшом b обеспечивает высокое усиление по напряжению (больше, чем в 100 раз). Предельное усиление ещё более можно повысить, если использовать многокаскадное токовое зеркало. Таким образом, использование источника тока как в цепях эмиттера, так и в цепях коллектора ДУ позволяет обеспечить высокие усилительные параметры такого ДУ. Т. к. можно на сложном ДУ обеспечивает основное усиление УПТ.