Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Здесь и,' и и, — прямые напряжения на эмиттерных переходах транзисторов 7Т, и ЧТ,. Транзисторы УТ, и УТ, создаются в едином технологическом процессе, поэтому и, = и,. Следовательно, (,Е, =12Я» 7.4. Схемы сдвига потенциала Откуда получаем (7.3) Таким образом, ток н пропорционален току (ь Иначе говоря, ток 1, зеркально отражает ток ~е Если й, = Вл то (, = ~н если й, > Щ, то ток ~, > („и наоборот. Следовательно, изменяя Я, и йь можно устанавливать желаемую величину стабильного тока. При й, «Л, ток в левой ветви 1, = (Е„ /й,). Этот ток слабо зависит от температуры.
Следовательно, ток гь питающий нагрузку, которой является усилительный каскад, практически не зависит от температуры. 7.4. Схемы сдвига потенциала В аналоговых интегральных микросхемах напряжение с выхода предыдущего каскада передается на вход последующего без разделительных конденсаторов, При этом на вход последующего каскада поступает как переменное, так и постоянное напряжение. Для того чтобы получить необходимый режим работы последующего каскада по постоянному току, требуется, как правило, понизить постоянное напряжение, что достигается с помощью схемы сдвига потенциала. При этом величина переменного напряжения не должна существенно уменьшаться.
На рис. 7.5, а представлена схема сдвига потенциала, широко применяемая в аналоговых интегральных микросхемах. Она состоит из транзистора, генератора стабильного тока 10 и резистора Р~. На входе схемы действует напряжение и,„= У,„. + У„„„з1п юд на выходе — и „= У, „+ У,„„з1п оя; постоянное напряжение на выходе схемы определяется соотношением 11вмил = (1ак.о 10170 З68 Глава 7. Аналоговые интег альные мук схемы У =У »»»и»»»в л Здесь У,„„и У,„„— амплитуды входного и выходного напряжений соответ- ственно; л» вЂ” внутреннее сопротивление ГСТ переменному току.
Поскольку 77; » Я„напряжение У,„„„и У Кроме рассмотренной схемы в аналоговых интегральных микросхемах для сдви- га потенциала находит применение схема, представленная на рис. 7.5, б. Она со- держит стабнлнтрон с низким дифференциальным сопротивлением и резистор В . Для этой схемы справедливы следующие соотношения: (7 (7 а »м»В»»% л Я (7.4) При й; «Я, выполняется условие У,„„и У 7.5.
Каскодные схемы Каскодные схемы отличаются от обычных усилительных схем тем, что усилитель- ные каскады в них включены последовательно по постоянному току. Наибольшее распространение имеет комбинация, в которой первый каскад включен по схеме с ОЭ, а второй — по схеме с ОБ (рис.
7.6). Рис. 7.6 Изменяя В„можно получить требуемое постоянное напряжение У ... определя- ющее режим работь| последующего каскада. Переменное напряжение на выходе схемы равно З69 7.6. Выходные каскады Нагрузкой первого каскада является входное сопротивление второго, равное Ь„ь поэтому К! ! = - — 'Ь„;- - — ' — ' = - — '(1. ~ь. ~ь ° Ь„, " Ь„, Ь„, + 1 Ь„, + 1 То есть первый каскад не дает усиления напряжения, поэтому входная емкость рассматриваемой каскодной схемы, определяемая соотношением С,„,„э = С,„+ + (К„+1) С„„, возрастает незначительно. Второй каскад, включенный по схеме ОБ, дает усиление ' э!э К(2) ~216 )!( Ь2!в аа м ~2!э а» Ь!!б !» Ь!!а Ь21, + 1 Результирующий коэффициент усиления ьг (Ь„, +1)Ь!1, Ь„, (7.5) 7.6. Выходные каскады Выходные каскады, как правило, работают на низкоомную нагрузку. Поэтому в качестве выходных каскадов обычно применяют эмиттерные повторители (схема с ОК), обладающие низким выходным сопротивлением.
Выходные каскады, обеспечивающие необходимую мощность во внешней нагрузке, должны обладать высоким КПД, что достигается путем применения двухтактных схем (рнс. 7.7, а). В этом случае через транзистор Ъ'Т~ протекает ток в положительные полупериоды входного напряжения, а через транзистор 1~Т! — в отрицательные. Вследствие того, что заметный ток транзистора появляется при и„> 0,7 В, ток через нагрузку в течение некоторых промежутков времени не протекает, поэтому выходное напряжение при прохождении через нуль имеет ступеньки (рис 7.7, б), то есть выходное напряжение не повторяет форму входногщ Этот недостаток устраняется путем включения между базами транзисторов смещаюших диодов (рис.
7.8, а), сдвигающих управляющие характеристики транзисторов на 0,7 В, в результате чего зависимость !.„„= У(и,„) получается линейной (рис. 7.8, б). Повышение КПД двухтактной схемы обусловлено тем, что при и = 0 ток от источника питания не потребляется, Если же на базу транзистора подано синусондальное Таким образом, рассматриваемая каскодная схема дает такое же усиление, как и об!ячный каскад по схеме ОЭ, но при этом входная емкость каскада не возрастает. Аналогичным образом создаются каскодные схемы ОИ-03 на полевых транзисторах.
Применяются также комбинации ОК вЂ” ОБ, обладающие высоким входным сопротивлением. Глава 7. Аналоговые интег ьные микросхемы напряжение, то ток через транзистор протекает только в течение половины периода. При атом импульсы тока высотой 1 можно разложить в ряд Фурье. Полагая, что У = Е „, можно рассчитать мощность, выделяемую в нагрузке: Р = — 0,„„1 = — Е„1 1 1 2 '"" 2 и дн б Рис. 7.7 Разложение импульсов тока в рющ Щургге поаволяетгонределитгг постоянную сот ставляющую тока, потребляемого'от'источйикж 1= — 1 1 З71 7.7. Дифференциальные каскады Поскольку в схеме работают два транзистора, потребляемый ток необходимо удвоить.
Следовательно, от источника потребляется мощность Р, = 21Е„„ = - 1 Е„„. 2 Таким образом, КПД двухтактной схемы оказывается равным Р. и Ч= — '"* =- Р, 4' то есть 78 %. Транзисторы типов и-р-и и Р-л-р, входящие в двухтактную схему, должны обладать одинаковыми параметрами. Вместе с тем, известно, что транзисторы р-и-р имеют более низкий коэффициент передачи тока В по сравнению с транзисторами и-Р-и. Поэтому в некоторых случаях вместо транзистора УТ, типа р-и-Р используют составной транзистор типа р-л-р с токоотводящим резистором. В некоторых схемах применяется защита двухтактного выходного каскада от перегрузок. С этой целью в базовые цепи выходных транзисторов включают токо- защитные транзисторы (рис.
7.9). Если ток, потребляемый нагрузкой, превышает допустимое значение, то возрастают напряжения на резисторах Я, и Я, и отпираются транзисторы ЪТ, и УТь что ведет к уменьшению токов базы транзисторов ЪТ, и ЧТ, и, как следствие, к уменьшению тока, отдаваемого в нагрузку. дн.п Рис. 7.Е 7.7. ДиФференциальные каскады Дифференциальный каскад (ДК) представляет собой мостовую схему, в плечах которой включены идентичные элементы (рис.
7.10). 372 Глава 7, Аналоговые интег нные микросхемы В аналоговых интегральных микросхемах вследствие того, что все элементы создаются в едином технологическом процессе, практически обеспечивается идентичность резисторов и транзисторов. ДК питается от двухполярного источника питания Е„л с заземленной средней точкой, что позволяет подавать сигналы непосредственно на базы транзисторов. Если входы транзисторов заземлены, то токи транзисторов одинаковы, и вследствие идентичности резисторов Р„, и Лм напряжение на дифференциальном выходе У, между коллекторами будет равно нулю. Если на входы схемы поданы сигналы одинаковые по величине и фазе, называемые синфаэнызги, то токи обоих транзисторов будут изменяться на одинаковую величину, соответственно будут изменяться напряжения 77, и 77,„„ь а напряжение 77,„„л по-прежнему будет сохраняться равным нулю.
Если на входы схемы поданы одинаковые по величине, но сдвинутые по фазе на 180' сигналы, называемые дифференциальными, то возрастание тока в одном плече будет сопровождаться уменьшением тока в противоположном, вследствие чего появится напряжение на дифференциальном выходе. Таким образом, схема в идеальном случае реагирует на дифференциальный сигнал и не реагирует на синфазный. Изменение температуры, паразитные наводки, старение элементов, флуктуации параметров транзисторов можно рассматривать как синфазные входные воздействия. Следовательно, ДК обладает очень высокой устойчивостью работы и малочувствителен к помехам.
+лн н лнл Рис. 7.10 Проанализируем работу схемы, заменив транзисторы их эквивалентными схемами и включив на вход источники противофазных сигналов 77, и У „а также источник синфазного сигнала 77, (рис. 7.11). На схеме показаны направления токов при подаче на вход дифференциального сигнала. Рассмотрим несколько частных случаев. 1. Пусть 77, = 0; У, = 0; У, и О. В этом случае схема работает как обычный усилитель, транзистор Ъ'Т, в работе не участвует, поэтому 77„и (1 — а,)7иге +1н(ге+Я„) ' Л, 7.7.. Дифференциальные каскады 2.
Пусть У, = 0; У, 0; (1 е и О. В этом случае работает транзистор ЧГа поэтому У а1 й- (7.7) У,и (1-а,)1 г~+ 1„(хи+К,) ' А, 3. Пусть У,иО; У, =0; У з=О. Вэтомслучаесинфазиоработаютобатраизистора. При этом У а 1 Р„, У, (1- а, ) 1нтм + 1нги + (1и + !м)Я, ' 2К, амю2 У и 1„Я (7.9) К,— и, (1-а,)Щ +1иги+(!и+1„)Я, '2А, При полной симметрии схемы Кы = К„и напряжение иа дифференциальном выходе равно нулю, то есть при снятии сигнала с дифференциального выхода и подаче иа вход сиифазиого сигнала коэффициент усиления сиифазиого сигиала равен К = — =О. (!вне.В ас П (7,10) В реальных схемах всегда существует иекоторое различие в значениях сопротив- лений и коэффициентов передачи токов, поэтому а, = а+ Ьа, а, = а — Ла, Ки = Я„+ Лй„, Я„, = й„— ЬЯ„.
К„= — '""" = ʄ— К„= — (а+ба) " "'+(а — Ьа) У,„, " 2Я, 2Я, Здесь а и ބ— усредненные значения коэффициентов передачи тока эмиттера и сопротивлений резисторов, а Ла и Ьй„— отклонения истинных значений коэф- фициентов передачи тока и сопротивлений от усредненных значений. В этом слу- чае К,1 и Ккь поэтому З74 Глава 7. Аналоговые интегральные микросхемы = — (2сйЯ„+ 2аЬЯ„) = -а — — + — . 1 Я„1 ЬЯ„ба 1 2Я, " Я~Я„а~' (7.11) Здесь ЬЯ,/߄— относительное отклонение сопротивления резистора от номиналь- ного значения; Ьа/а — относительное отклонение коэффициента передачи тока эмиттера от но- минального значения.
При выполнении схемы ДК на дискретных компонентах трудно получить ма- лые значения 1ъа/а и ЬЯ„/Я„. В интегральном исполнении погрешности Ьа/а и ЬЯ„/Я„незначительны. Введем коэффициент асимметрии схемы б, определив его следующим образом: ЬЯ„Ьа б= — + —. Я„а Тогда К =-а — б. Я„ д. с (7.12) 4. Пусть 11, = 0; У, и 0; У г и О. Это основной режим работы ДК, прн котором напряжения итн и и г находятся в противофазе. В этом случае а,1„Я„, Я„, (7.13) ('м (1 — а~) 1нги + 1нгл + (1м-1ы) Я.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
