Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Резистор К практически не будет шуатировать коллехторную цепь и цепь нагрузки третьего каскада, поэтому уточнять Кс„ не требуется. Введенная параллельная отрицательззая обратная связь по напряжению будет существовать и для медленных тепловых изменений 11 , и„ следовательно, будет стабилизировать режим покоя схемы. Распределение напряжений в раахчитанной схеме усилителя в режиме покоя показано на рис.
бгй 8 6.2. БАЛАНСНЬ$Е (ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЬ$Е) УСИЛИТЕЛИ Для уменьшения дрейфа в УПТ применяют балансные схемы. Наибольшее распространение в транзисторных усилителях получила схема параллельного баланса (рис. 6.3), называемая также дифферезщиальным усилителем (ДУ). ДУ обеспечивает высокое усиление дифференциального входного сигнала П, приложешюго между входами каскада, и практически не Усиливает (при большом значении Ка) синфазный сигнал, одинаковый на обоих входах. Как известно, в дУ для подавления синфазного сигнала 1у...4 используется принцип уравновешен- г даст у Г, Л~Г4 Рис 6.4 ного моста. Резисторы Ем = Ем = Е„и транзисторы Т„Т,, параметры которых должны быть идентичными, образуют плечи моста. В одну диагональ моста включено напряжение питания Е„, + Ееь с другой диагонали снимается выходное напряжение.
В случае идеальной симметрии моста одинаковое и одновременное изменение токов и напряжений транзисторов не приводит к появлению выходного напряжения. На этом принципе основаны подавление о,е, компенсация влияния нестабильности источника питания или температуры. Для дифференциального сигнала, подаваемого симметрично на вход ДУ (средняя точка генератора о', заземлена), ДУ представляет собой два каскада ОЭ, объединенных общим змиттерным резистором Е,.
Так как при приложении сигнала между входами токи транзисторов Т, и Т, меняются в противоположном направлении, через резистор Е, протекает постоянный по значению ток г3 гав + Мая + гав а гел = 2уко 1И 102 10 н ыт !И~с21 Следовательно, резистор Е, не влияет на усиление дифференциального сигнала. Эквивалентная схема половины ДУ для случая усиления Р,, изображена на рис. 6А. Здесь на вход подается половина усиливаемого сигнала, а с выхода снимается половина выходного напряжения.
Из эквивалентной схемы можно получить основные расчетные соотнощения для ДУ (7(. Коэффициент усиления дифференциального входного сигнала С~ „(~ и 0,(Е„( Е„/21 Ю Е~,, Е+Е Здесь К,„— входное сопротивление половины ДУ (плеча схемы), являющееся входным сопротивлением каскада ОЭ, равное К, = ге+(г, + К,')(((, + 1). Дифференциальное входное сопротивление ДУ, измеренное между входами транзисторов Т, и Т, Квк.л Жхпл Выходное сопротивление одной половины ДУ К,„аК„ и дифференциальное выходное сопротивление ДУ, измеренное между коллекторами транзисторов Т, и Тм К„= 2К„. Коэффициент усиления по току 1„(),К„ 1е К„+ К„/2 Прн подаче синфазного входного сигнала потенциалы баз и коллекторов транзисторов ДУ меняются одинаково, вследствие чего в илеальпо сбалансированной схеме напряжение (1, , снимаемое между коллекторами транзисторов, равно нулю.
При разбалансе схемы, что всегда имеет место в реальных ДУ, между коллекторами транзисторов (симметричный выход) появляется напряжение, равное ~3~ К„1 ЬК,' ЬрК„ЬК, ЛК„ЬК 1 - ЕгК,~ К, — язК; — ()К; — К„" К,„„,)' где АК' ЛВ, ЛК„ЬК ЬК,„— возможный разбаланс параметров схемы ДУ. Длл уменьшения. напряжения (1ф„, необходимо увеличивать величину сопротивления резистора К что достигается включением в общую эмиттерную цепь транзисторов Т, и Т» каскада на транзисторе Т„ выходное сопротивление которого (рис. 6.5) увеличено за счет введения местной отрицательной обратной связи через резистор Кз. Коллекторный ток транзистора Тз задается делителем в цепи базы с термокомпенсирующнм диодом Д. Цепь, включенная в общей эмиттерной цепи транзисторов Т„Т„получила название генератора стабильного тока (ГСТ).
Коэффициент усиления Кся схемы по рис. 6.5 практически не зависит от способа включения (1„„„т. е. Кс,„один и тот же как при симметричной подаче сигнала (средняя точка (У,„, заземлена), так и при несимметричной (сигнал подан на один из входов ДУ, а второй вход заземлеи). В ДУ с ГСТ сопротивление резистора К, в формулах (6.3) — (6.7) должно быть заменено дифференциальным выходным сопротивлением каскада на +Е~а яб яа лак ханаана Рис. 6.5 транзисторе Тв, подсчитанным с учетом местной отрицательной обратной связи, а именно Я: з = газ (1 + РзуеЪ (6.4) где откуда (УЙ „Ва Коафа а~аз.аф 2 в (6.$ газ+ нз уб гш + гвз + йэ + В4 1! Ив Для перехода от симметричиого сигнала к несимметричному используется несимметричный выход ДУ.
В простейшем виде напряжение (а, при этом снимается с одного из коллекторов транзисторов относительно земли. Легко видеть, что выходное напряжение при несимметричном выходе, вызванное подачей на вход дифференциального сигнала, уменьшается в два раза по сравнению с его значением при симметричном выходе. Недостатком несимметричного выхода является большее выходное напряжение (,аф, „, возникающее при подаче сгшфазного сигнала. Для определения с~ф, изобразим схему Д'У прн подаче синфазного сигнала, как показано на рис. 6.6. Здесь коллекторы и базы транзисторов Т, Т объединены, поскольку потенциалы их всегда одинаковы.
Из схемы рис. 6.6 можно получить вырюкение для Цф „, асаф ся у " ае — "су рИ„/2 К„ аааавааам = ва.аф рй 2й аа.афа Отношение коэффициентов усиления дифференциального сигнала к синфазному, являющееся важнейшим показателем ДУ, называют коэффициентом ослабления синфазного сигнала Кас. се Для симметричного выхода [31 Кп„ К аа. сф. ааа из 2Л,Р ( Лй,' Ь))лс Мс бй„бй„,„з( 1 (б.б) Для несимметричного выхода из выражений (б.2) и (б.5) получим (без учета В„) Ксасьвеенм = 2йэР/(йс+ 1(ва.нл). (бЛ) Таким образом, в случае симметричного выхода синфазный сигнал подавляется в значительно большей степени.
Погрешность функционирования ДУ возникает вследствие разбаланса параметров двух половин схемы. В идеально симметричном ДУ при отсутствии входного сигнала (1, =О. В реальной схеме из-за различия параметров (токов коллектора и тепловых токов переходов, резисторов коллекторной цепи) выходное напряжение отлично от нуля. Для установки нуля на выходе необходимо на вход подать некоторое напряжение, называемое напряжением смещения нуля (1 . Это напряжение можно определить при 1„,й„, = )„зй,з как разность напряжений на эмиттерных переходах, а именно И = (1,ах — (1игс.
Зависимость напряжения смещения от температуры, т. е. дрейф напряжения смещения, приведенный ко входу усилителя, определяется следующим образом [31: (и (и,, Л1 и Следовательно, величина дрейфа напряжения в ДУ прямо пропорциональна напряжению смещения нуля. При комнатной температуре нз (б.8) следует, что дрейф составляет приблизительно 3 мкВ/'С на 1 мВ напряжения смешения.
В интегральных схемах ДУ напряжение смещения нуля невелико вследствие идентичности технологических процессов и тепловых режимов транзисторов. Обычные значения с1,„= =1 —:5 мВ. В этих случаях У'рдк составляет 3 — 15 мкВ/ С, что на 2-3 порядка меныпе, чем в небалансной схеме (2,2 МВ/'С). Дополнительная составляющая дрейфа в ДУ возникает за счет неидентичностн входных токов транзисторов Т, и Т усилителя и их изменения с температурой. При одинаковых сопротивлениях во входных цепях ДУ токовая составляющая погрешности определяется разностью токов покоя баз транзисторов Т, и Т,. С учетом последнего э.д. с.
дрейфа в ДУ, приведенная ко входу, и уал а евх "~ + (Я'+Е) Т ~г(Т НТ) ~ам ееразн (К + Е ) Т ЙТ (6.9) я)ел Здесь г — дрейф разности входных токов транзисторов ит Т„Т, равный Ыелг... где Ь = — 0,005 1г"С. Очевидно, что токовая составляющая влияет тем меньше, чем меньше Е„Е,' н 1~. Поэтому входные каскады ДУ обычно работают с малыми токами. ПРИМЕР 6.2. Рассчитать ДУ на биполярных транзисторах с ГСТ, несимметричными входом и выходом. Э.
д. с. входного сигнала Е„= 10 мВ, сопротивление Е, = 0,1 кОм. Требуемый коэффициент усиления Кс = 20, сопротивление К > 5 кОм. Выбрать значение напряжения источников питания, рассчитать элементы схемы, величину К,„з„а также оценить приведенный дрейф усилителя при условии, что абсолютные значения температурных приращений напряжений и токов транзистора разнятся на 5;Г. Решение Схема ДУ с ГСТ приведена на рис. 6.5.
Для обеспечении малого дрейфа ДУ выбираем транзисторы КТ312А, нмеюшие малый тепловой ток н достаточно высокий коэффициент )). Допустимое напряжение П, < 15 В. Следовательно, Ем = Е~ ~ <7,5 В. Амплитуда выходного напряжения П =Ко„Е,= = 20.10 = 200 мВ может быть обеспечена при Ем = Ем = 6,3 В. Меньшие значения Е„затрудняют построение ГСТ. При использовании двух источников питания ~ Еая в схеме ДУ по рнс.
6.5 потенциал эмиттеров транзисторов Т„Т, в режиме покоя можно принять равным нулю. Это связано с тем, что падение напряжения в цепях баз транзисторов Т,, Тз от то- . ка покоя 1ее1К очень мало при малых входных токах и, следо- вательно, база транзистора может считаться заземленной по постоянному току. Тогда потенциал эмиттера отличается от потенциала земли на величину (7беья 0,5 —:0,7 В для кремниевых транзисторов. Поэтому в первом приближении можно считать, что напряжение нижнего источника ( — Е„,) приложено к ГСТ, а верхнего (+ Е„,) — к транзистору Т,(Тз) и резистору Е' Выбираем для транзисторов Т, и Т, рабочую точку с 11 о-— 3 В, 1ю — — 1 мА, 11б,о — — 0,45 В.
Тогда номинал резистора К„составляет Еа — П о 63 — 3 К„= = — =3,3 кОм. 1 В выбранном режиме а», = 2 кОм, б = 35, тогда 1ыо 1 1бо — — — — — — — — 0,029 МА. б 35 Для увеличения К и выравнивания токов транзисторов Т, и 7о введем резисторы К;, вносящие местную ООС по току транзисторов.
Обы пю К; выбирают порядка десятков нли сотен ом. Полагаем Ц = 40 Ом, тогда Е „=2 Й„, + — 9 + Ц = К = 2 12. 10з+ 20(35+ 1)3 = 5,44 кОм, т. е. Е > 5 кОм. Для уменьшения токовой составляющей погрешности ДУ в базовУю цепь тРанзистоРа То включаем РезистоР Кб=й,. Проверим, обеспечивает ли ДУ требуемое значение Коы. Из выражения (62) при несимметричном выходе и Е„= оо 1 рй„1 35 ° 3,3 2 Вы+ Е,„2 0,1+2,77 что незначительно превьппает требуемуго величину. Рассчитаем ГСТ, для чего вначале определим потенциал коллектора транзистора Т, относительно обшей шины: К,' 'о (' ыз 1бООЕы + ~бэ01 + 1ыОГ (29. 10- з .
0 1 + 045 + 20 1 10 з) = — 0 46 В Следовательно, падение напряжения на транзисторе Тз и резисторе Из сосгавит Е,о — (1,е = 6,3 — 0,46 = 5,84 В. При работе ДУ для нормального функционирования травзистора Тз в ГСТ необходимо выполнение неравенств (Гыбз ~ 0 Н Гыбз ~~ (~ыыыыо Выберем потенциал базы транзистора Тз относительно общей шины Уез = — 4,5 В, что обеспечит Цм, а 4 В. Тогда падение напряжения (1 на резисторе К4 и диоде Д (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
