Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 95
Текст из файла (страница 95)
Однако иа практике важнее знать от н о с и тел ь и ы й' (прибеденный) дрейф, т. е. дрейф, пересчитанный ко входу. Эту величину удобно сравнивать с величиной входного сигнала и, таким образом, опенивать чувствительность усилителя. ГДЕ ПОЛОЖЕНО М3аб — — — ЕКТ. Ток 61г является по смыслу температурным дрейфовым током, соответствующим значению 8 = 1, а козффипиент нестабильности Я Покажем, что уменьшение коэффициента нестабильности не решает проблемы от н ос и тел ь н ого дрейфа.
В самом деле, определим из рис. 13-2 коэффициент усиления каскада, например, по базовому входу. Для этого используем формулу (7-!6), положив () = 6, )г» = оо и Й, + гб = Иб; тогда ли„ вЂ” Рчхрх Кя= — „,, +р)(!+б,д - — р+р . (И-6) Умножая (13-4) на )7„и деля на 1 К, !, можно представить приведенный температурный дрейф в виде эквивалентного напряжения: 6(7 (*' +зб) И (13-7) Как видим, приведенный дрейф действительно не зависит от коэффициента нестабильности и уменьшается только с уменьшением сопротивлений )7, и Иб.
Подставляя в (13-7) ток 6(г нз (13-4) и полагая Й, + Йб — О, легко убедиться, что напряжение приведенного дрейфа стремится к пределу: 6(l,„ч„я = ) Мl,~ ( = в Л Т. (13-8) Например, если в = 1,6 мВ/град и ЛТ = 100' С, то 6(/,„е„я = = 160 мВ. Следовательно, температурная зависимость Ь',б (Т) имеет принципиальное значение в усилителях посто нного тока, ограничивал их чувствительность.
Согласно (13-8) н и з к о о м н ы е усилители на германиевых и на кремниевых транзисторах оказываются практически равноценными в гггношении дрейфа '. приведенный дрейф в диапазоне:+-.60ч С составляет около 0,2 В или (при входном сопротивлении 50 — 100 кОм) несколько микроампер. Необходимо подчеркнуть, что пропорцнонвльность между кожуфнцнеитоь~ уснленнн н козффнцнентам пествбндьностн,лежащая в основе выражения (!3.7), свойственнз только уснлнтедям постоянного тока, поскольку в ннх отсутствуют блокнрующне емкости.
В усилителях переменного тока зтн емкости позволяют обеспечнть глубокую обратную связь по и о с т а я н н о й составляющей така (т. е. малое значение 5) н незначительную абрзтную связь па и е р е м е н н о й состзвдяющей тока (т. е. большое знзченне Кя). !З-3. 0ДНОТАКТНЫЕ УСИЛНТКЛИ В настоящее время в усилителях постоянного тока, как правило, используются дифференциальные, т.
е, двухтактные каскады (см. гл. 14). В данном параграфе мы рассматриваем однотактные усилители, главным образом для иллюстрации тех проблем, которые возникали при отказе от дифференциальных каскадов, что в прошлом, в дискретной (неинтегральной) схемотехнике, мотивировалось уменьшением числа транзисторов. з Ннзкоомные сопротнвлення обеспечнвнют мзлуча роль теплового тока— главного фактора темпервтурной несгвбндьвостн.ддя гермвнневых транзисторов. и принимая, что токи у всех транзисторов одинаковы, нетрудно пояучить следующие неравенства ': Р я ~Р,а) гс,г(гс.а -)с, .
Эти неравенства означают, что пвффиг(мент усиления от каскада к каскаду убывает: К„г > Ке (см. (13-1Ц). Ен Рис, 13-3. Трехкаскадный однотактный усилитель постоянного тока. Рис. 13-4. Методы смешения амиттеров в многокаскадном усилителе, начиная со второго каскада. Если уменьшать ток в кикдом следующем каскаде, то можно выровнять сопротивления гс„ но одновременно придется увеличить :опротивления )с,. Если, наоборот, увеличивать токи в каждом шедующем каскаде, то можно выровнять гг'„но одновременно 1РИДЕтея УМЕНЬШИТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ )т'„. ПОЭТОМУ (ПРН ЗаДаННОМ о„) более рационально гговышать потенциалы эмиттера от каскада г каскаду не путем увеличения сопротивления гт„а с помощью юполнительных токов, поступающих через балластные сопротивгения (рис 13-4, а), или с помощью дополнительных напряжений, юлучаемых от полупроводниковых стабилитронов (рис.' 13-4, б).
Г В СаМОМ ДЕЛЕ, )(„~= (ń— Рая)(1„Н й,~= О, Г(ю ГДЕ ПстЕНПИаЛЫ уат и у, всирастакгг (по модулю) от каскада к каскаду. На рис. 13-3 показана схема трехкаскадного усилителя с непосредственной связью коллектора одного транзистора с базой другого. Такой способ каскадирования наиболее прост и экономичен, но требует соблюдения определенных условий. А именно, исходя из очевидных соотношений Е„)ахг„+(и г+и„„+и з)+7„»)т'„з. (13-0) Во всех каскадах, кроме первого, можно считать )тз, = )т„(„г). Поскольку )т, и )т, имеют обычно сравнимые значения, коэффициент уа редко бываег меньше 0,1 — 0,2. Поэтому, как правило, выполняется условие р уа ~ 1.
Будучи использовано в формулах (13-5) и (!3-6), оно приводит к следующим выражениям для коэффициентов нестабильности и усиления каждого каскада: Я вЂ” =1+ —; 1 )гб. уб (13-10) К ~— )2» йь (13-11) 1в последнем для простоты опущен знак минус, ср. с (7-4, б)). Максимальное усиление свойственно первому каскаду, у которого сопро« тивление )т'„ имеет наибольшее значение.
Однако даже в последнем каскаде, у которого Й, минимально, должно соблюдаться условие Я, > й,. Рассмотрим результирующий дрейф н схеме на рис. !З-З. Легко заметить, что положительное приращение б)», вызовет отр и ца тел ь нос приращение токов таз и 1„,. Таким образом, результирующий дрейф второго каскада может оказаться меньше, чем н отсутстние первого каскада, з при надлежащем подборе параметроа он может бь~ть саеден к нулю(71; 11!). В трехкаскадном усилителе такая нозмажность существенно затруднена, так как дрейф переого каскада усиливается больше, чем дрейф второго, и после усиления имеет ту же полярнссп„ что и дрейф третьего каскада.
Поэтому частичная или полная компенсация дрейфа свойственна, как пранило, усилителям с ч е т н ы м числом каскадов; но и а атом случае она сопряжена с значительными трудностями (см. 1-е и 2-е издания данной книги). х В качестве стабилитронон могут применяться и обычные кремниевые диоды, работающие н п р ям о и иапраалении (если необходимое напряжение невелико и может быть реачизонано с помощью небольшого числа диодоа). В этом случае коэффициент е и формуле (13-4) иозрастает, тогда как а случае «настоящих» полупроаодниконых стабилитроноа, у которых е, > 0 (см. $ З-З), результирую. щий коэффициент е обычно меняет знак и температурная стабильность ири атом может улучшиться. Часто используется сочетание обоих способов, особенно тогда, когда сопротивление )се (рис. 13-4, а) получается сравнимым с гс, (что снижает стабильность) или когда эмиттерный ток слишком мал для работы стабнлитронов '.
Добавление балластных сопротивлений и опорных напряжений не вносит принципиальных изменений в анализ п е р е м е н н ы х составляющих, т. е. дрейфа и усиления сигнала. Напряжение питания Е„должно быть достаточно большим для установления нормального режима в последнем, самом «высоковольтном» каскаде: !3-Св ТЕРМОКОМПЕНСАЦИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ Под термокомпенсацией понимают применение специальных температурно-зависимых схемных элементов, способствующих умень- шению температурного дрейфа.
Такими элементами могут быть либо термисторы, либо полупроводниковые диоды. Последние имеют то преимущество, что температурные зависимости их обратного тока, прямого напряжения и соответствующих сопротивлений— такие же, как у транзисторов. Это облегчает компенсацию дрейфа в широком температурном диапазоне. Кроме того, диоды могут рабо- тать со значительно большими токами, чем термисторы, — Е» — Е» а это существенно в случае мощных усилителей.
л~ л» Температурный коэффициент сопротивления у обоих отмеченных элементов отрицательный х(ля термисторов Ла он составляет около 3%/град. + Для диодов лучше пользоваться зависимостями /епр (Т) и 0„(Т), описанными в 5 2-6 и 2-7, ие переходя к соответствующим сопротивлениям. При этом расчеты оказываются проще, чем при 'использовании сопротивлений, температурные коэффициенты которых сильно зависят от токов и напряжений. Последовательно-парал- лельные комбинации диодов или термисторов с обычными линей- ными сопротивлениями позволяют получить оптимальную тем- пературную зависимость в каждом конкретном случае (112).
Общий принцип термокомпенсации состоит в том, что диод или термистор включают в ту ветвь схемы, сопротивление копюрой желательно уменьсиать с роспюм температуры. Такую ветвь определяют путем качественного анализа схемы. Можно, например, включить термистор вместо )с„или в сочетании с ним. Тогда при надлежащем подборе параметров можно добиться условия АУ„= стт'„тс„— У, Ис„= О, Рис. 13-5. Терыостабиливапив каскада с поаюппво терчистора (а) и полупроводниковых диодов (б). при котором выходное напряжение не будет меняться с изменением температуры. Однако чаще включают компенсирующий элемент во входную цепь транзистора. Примеры такой компенсации показаны на рис.
13-5. Здесь с ростом температуры уменьшается (по модулю) потенциал базы и соответственно уменьшается или полностью устраняется дрейфовав приращение тока 1,. С понижением температуры такой же эффект достигается за счет увеличения (по модулю) потенциала базы. Аналогичные решения применяются и в многокаскадных усилителях. (3-5. УСИЛИТЕЛИ С МОДУЛЯЦИЕИ СИГНАЛА В д)У) ((гы Е) Выход Д Рис. )3-6. Блок-схема усилителя с модуляпией входного сигнала (о) и ее временные диаграммы (6) (на рнс. !З-б, а пунктиром покаааны два варианта демодуляторов-детекторов: асинхронный Лл и синхронный Лс). Все методы температурной стабилизации, опнсанныг в предыдущнх параграфах, подразумевают выполнение следующего принцнпнального условия: температура всех схемных элементов одинакова н меняется по одному н тому же закону.
В реальных усилителях это условие выполняется лишь с тем нлн иным приближением, поскольку имеет место саморазогрев эле- ментов (особенно в мощВыход ных каскадах), существует градиент температуры вну- --и — —— М У 4 трн корпуса прибора, ска- Г д В«~ход зывается тепловая ннер.- цнонносгь элементов н т. и. Учет всех факторов ау очень сложен и вряд лн оправдан на практике. Сложной проблемой, Вход не решаемой описанными усилителями, является временной дрейф. Правда, в дифференциальных усилнтелях (гл. 14) он меньше, Выход У чем в однотактных; однако сколько-нибудь надежная компенсация временного дрейфа, учитывая его не! л Ранг Ег регулярность н «ннднвндуальностье, невозможна, Еще одна проблема в В«мед Дг ~~~~ Ег а я Ея г явного тока — ннзкочасд) тотные шумы — также не решается описанными схемами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
