Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 99
Текст из файла (страница 99)
Такое усреднение допустимо потому, что разброс параметров а плечах ДК невелик. Роль среднего входного тока как параметра ДК обусловлена тем, что он, протекая по сопротивлению источника сигнала, дает падение напряжения, р ав н оси л ь н ое си н ф аз н о й с ос та ел я ю щ е й. Следовательно, при достаточно больших значениях 1„„лр и )гх мо»кет, во-первых, появиться п а р а з и т и ы й дифференциальный сигнал на выходе и, во-вторых, измениться рабочий режим каскада (см.
предыдущий параграф). Таким образом, ток 1 „. и ограничивает допустимое значение )гх, поэтому его следует уменьшвь. Что касается р а з б а л а н с а входных токов (или разностного входного тока) 1«г ткз 1 = — —— ()х Рз ' (14-18) то ои полностью зависит от разброса токов и коэффициентов усиления. Если принять, что коллекторные токи выровнены тем или а Главным фактором начального разбаланса в нвтегральных ДК становится Различие геометрических размеров (плошадей переходов), обусловленное по. грешносшми фотолитографии, на смежных участках очень невелика; поэтому различие тепловых тохов, а вместе с тем и начальный разбаланс будут меньше, чем в дискретных схемах '. Диффереицирун (14-14) по температуре, получаем температурную чувствительность качального разбаланса.
В праной части оказывается разность температурных чувствительносшй, для которых можно использовать выражение (2-бб); тогда иным путем, то разбаланс входных токов можно записать следующим образом: (14-19) рхйэ где р — усредненный коэффициент усиления. Из выражения (14-19) видно, что разбаланс токов меньше среднего тока (так как Лб с !3) и уменьшается вместе с последним. Видно также, что важную роль играет идентичность коэффициентов усиления р. Это лишний раз подтверждает рациональность интегрального исполнения ДК. Роль раэбаланса среднего тока как параметра состоит н том, что при протекании но сопротивлению источника сигнала ток /я дает падение напри>кения, р а и н ос и л ь н о е д и фф е р е н ц и а л ь н он у с и г н а л у или начальному раэбалансу входного напряжения.
Поэтому уменьшение тока /п является одной иэ периоочерелнмх задач. Считая, что температурные зависимости среднего тока и его разбаланса сосредоточены в коэффициенте р, нетрудно, дифференцируя (14-17) и (14-19), получить соответствующие температурные чувствительности: /1 лй! егэх. ср = '1 р лу //вх.ер= В/вх. ср! е, — ! — — !1 =Ш. г! г!а г 15 Л/о (14-20а) (14-20б) $4-5.
ЭВОЛ!ОЦИЯ СХЕМЫ И ПАРАМЕТРОВ Как уже отмечалось, прогресс ДК в последнее время связан с развитием микроэлектроники. Последняя, в частности, характерна коренным пересмотром понятия «сложности схемы»: в отличие от дискретной схемотехники критичным стало количество п а се и в н ы х компонентов (конденсаторов н резисторов), а не активных — транзисторов и диодов, Поэтому в интегральных ДК транзисторы широко используются как в качестве диодов и.резисторов, Обе этн температурные чувствительности, как н егг, пропорциол' нальны самим параметрам.
Что касается коэффициента В, то он согласно 11391 меняется от — 1„5 до — 1,ОУэ/' С в диапазоне от — 50 до 0 'С и от — 1,0 до — 0,5К/'С в диапазоне от 0 до+ 125' С. Помимо рассмотренных усилительных и точностных параметров ДК характеризуются еще многими другими (выходные сопротивления, коэффициент подавления изменений питающих напряжений, максимальные входные и выходные сигналы и т. д,). На них мы не будем останавливаться.
Заметим только, что максимально допустимые входные сигналы (как дифференциальный, так и синфазный) ограничены в сущности нелинейными искажениями, а в пределе — отсечкой илн насьицением транзисторов. так и для реализации многих вспомогательных функций (балансировка, стабилизация, согласование), обеспечивающих улучшение качественных показателей схемы. В дискретных ДК многие из таких решений нерациональны. Тем не менее, целесообразно ознакомиться с современными схемами и параметрами ДК независимо от того, что они свой-- « ственны прежде всего интегральному исполнению, специфика которого в данной книге не затрагивается. и-р-л и-р-и Главные проблемы, тз тв которые решались при усо- Выход вершенствовании ДК, состояли в следующем: увеличение входного сопро- тнвлениЯ, коэффициента Вход т тз усилении и коэффициента ф, . с гнала, с одной стороны, тэ и уменьшение разбалансов входного напряжения и входного тока и их темпе- « ратурных коэффициен- +Е„ + тов — с другой.
Кроме того, в последнее время уде- Рис. 14-3. Усовершенствованная схема диф. ляется большое внимание Ференциальною каскада. улучшению частотных и переходных свойств ДК; однако достижения в этой области неспецифичны для ДК: они связаны с общим усовершенствованием технологии транзисторов (уменьшением толщины их базы и площади). Для повышения коэффициента усиления согласно (14-6) требуется прежде всего увеличивать сопротивление коллекторной нагрузки 14„(считая, конечно, что 1са .=р 14„). При использовании обычных резисторов увеличение (с„сопровождается увеличением падения напряжения 1„(с„, а значит, и увеличением напряжения питания.
Поэтому широкое распространение получили «динамические нагрузки» в виде выходных сопротивлений транзисторов, включенных по схеме ОБ или, чаще„ОЭ. Пример такой нагрузки показан на рис. 14-3 в виде транзисторов Т, и Ть. В последнее время используются также выходные сопротивления полевых транзисторов, работающих в области насыщения (на пологом участке, см.
рис. 5-18). Использование микрорежима (т. е. резка панаженных токов та) позволяет увелнчивать номиналы коллекторных сопротивлений, но не приводит к росту коэффициента усиления, так как с уменьшением тока резко возрастает сопротивление км сгоашее в знаменателе (14-6). Однако микРоРежим обеспечивает сушественное увеличение входного сопротивления согласно 114-7), и«етому он все же получил широкое распространение в ДК. Увеличение коэффициента подавления требует прежде всего увеличения токозадающего сопротивления )т, (см.
(14-12) и (14-13)). В этом направлении возникают те же трудности, что и при увеличении коллекторных сопротивлений, поэтому и решение проблемы по аналогии состоит в использовании динамических нагрузок, В данном случае их называют источниками тока. На рис. 14-3 роль такого источника тока играет транзистор Та. Его выходное сопротивление можно оценить по формуле (7-23) с учетом резистора )т, в эмиттерной цепи.
Обычно сопротивление )7,н„ близко к величине и„, которая в микрорежиме согласно (4-24) может иметь значение до 10 МОм и более. Задаваемый ток можно оценить из соотношения Еа — Еаа „ оэ где для кремниевых транзисторов (7,а = 0,7 В. Напряжение разбаланса и его температурный коэффициент, как и в простейшей схеме, уменьшают регулировкой коллекторных и эмиттерных резисторов (см. предыдущие параграфы).
Что касается входного тока и его разбаланса, то их уменьшение достигается как путем уменьшения коллекторных токов (микро- режим), так и путем увеличения коэффициента (1 (использование составных и супербета-транзисторов, см. 2 4-10 и с. 240). На рис. 14-3 иллюстрируется использование составных транзисторов — пар Ларлингтоиа, каждая из которых обозначена как единый прибор. Согласно (14-20) вместе с уменьшением рассматриваемых параметров уменьшаются и их температурные коэффициенты.
В последние годы во входных ДК многокаскадиых усилителей все шире используются полевые транзисторы (унитроны), которые обеспечивают очень малые входные токи (до 1 нА и менее), малые токи разбаланса (до единиц пикоампер), а также весьма высокие входные сопротивления (сотни мегаом). Однако при этом нереп!еиной проблемой остается сравнительно большое напряжение разбаланса, особенно в интегральных схемах, где исключен подбор транзисторов. Кроме того, полевые транзисторы, как известно (см. гл. 3), не обеспечивают таких высоких коэффициентов усиления, как биполярные.
В заключение приведем некоторые типичные параметры с о ор ем е н н ы х (многотраизисторных) ЛК: Напряжение питания Е„ Ток коллектора 1„........ Коаффяциеит усиления К„ Коэффициент подавления К„ Коаффициент подавления К;", Входное сопРотивление Ея„ак ... Входное сопротивление Как т Напряжение раабаланса ~/ Дрейф напряжения раабаланса Ен Средний входной ток уак, ср Ток раабаланса !р .!2В 20 — 50 мкА . 50 — !00 .
80 — !00 дБ . 60 — 70 дБ Ол — ! МОм !Π— !00 МОм ! — 5 мВ . 3 — !О мкВ/град . !О--!00 нА 0,5 — 5 нА Для сравнения укажем, что и р о ст е й ш и й ДК (рис. 14-1) характеризуется параметрами: У(„= 20 —: 50; К„= 50 —: 60 дБ, 3~вх,х = 10 —: 20 кОм, („вь — — 5 —: 20 мкА, 1„= 0,5 .+.
1 мкА, Как видим, прогресс в отношении коэффициента йодавления и входных величии весьма значителен. 14-6. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ Дифференциальные каскады часто используют в измерительных схемах, когда нужно измерить разность потенциалов между двумя хнезаземленными» точками.
Однако наиболее широкое применение ДК нашли в операционных усилителях, особенно интегральных. Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель постоян- ного тока с дифференциальным входом и одиотактным выходом (рис. 14-5), имеюший весьйт ма высокие коэффициент усиления и входное сопро- 1, гивление. д Наличие дифференци- + х,, в Ь х + х необходимости работать оу гол ьк о с дифференциг альиыми сигналами, симметричными относительно Рвс. 14-4. Ельжсхьяв ьпсрвивоваьгь усилителя. земли.
Один из входных зажимов можно заземлить, подавая сигнал на второй зажим от заземленного источника. В таком режиме различают инвертируюи1ий и неинвертирующий входи, в зависимости от гого, находится ли входной сигнал в противофазе или в фазе с выходным (рис. 14-4). Типовым является испольэ~еание ОУ в режиме параллельной отрил4гипельной обршиной связи по напряжению. На рис. 14-4 эле- менты цепи обратной связи — резисторы 1т, и )т„причем йх вклю- чает в себя сопротивление источника сигнала. Из очевидных соотношений = — =1,— 1, Ывх йвх Ех (' вх + ~ХЮ ('вых ° 1)~1 + вх> легко получить коэффициент усиления ОУ с обратной связью: — йд/йх где К = !(1„„„/0,„1 — коэффициент усиления ОУ без обратной связи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
