Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 44
Текст из файла (страница 44)
12) Достоинством последнего выражения является его наглядность. Из него следует, что для повышения /ч *ах надо увеличивать /т, и УМЕНЬШатЬ Рб. ПРИ ЭТОМ Р,ы, СтРЕМИтСЯ От !//Гззэ (ВЫХОДНОГО СО- противления транзистора в схеме с ОЭ) к 1/азха (выходному сопротивлению транзистора в схеме с ОБ). Пример. Пусть 1/азха=20 кОм; йэы — — 50; )1 =а~м=й.=1 кОм. Подставляя эти значения в (10.12), получаем Й,к,=340 кОм. Так как при этом 1/1эзэ.=20 кОм, а 1/Ьзм=! МОм, делаем вывод о том, что значение )с,, по порядку приближается к выходному сопротивлению транзистора в схеме с ОБ.
Дифференциальный усилитель в интегральном исполнении. Дифференциальный усилитель можно реализовать на дискретных элементах. Для этого необходимо подбирать транзисторы левого и правого плеч с очень близкими параметрами. Прн сильно различающихся параметрах схема дифференциального усилителя неработоспособна, так как один из транзисторов с большим коэффициентом усиления тока своим эмиттерным током через эмиттерное сопротивление запирает другой транзистор.
Иногда вместо подбора транзисторов для балансировки схемы применяют выравнивающие резисторы 1с,г=Р„=50 Ом. Через эти резисторы подключается эмиттер каждого транзистора к верхнему концу общего резистора Р, или к коллектору заменяюгцего его транзистора.
Даже прн точном подборе транзисторов и резисторов дифференциальный усилитель на дискретных элементах имеет температурные параметры, значительно худшие, чем дифференциальный усилитель в интегральном исполнении. У последнего транзисторы и резисторы близки по своим температурным параметрам, так как изготовлены в результате одних н тех же технологических процессов. Кроме того, они находятся настолько близко друг к другу, что при изменении окружающей температуры и разогреве схемы от протекающих токов их температура почти одинакова.
В одной микросхеме часто применяется несколько транзисторов, включаемых для увеличения усиления каскадно. Кроме того, выпускаются микросхемы однокаскадных дифференциальных усилителей, например К118УД1. и, а,лл и Рис. 1О.й, Принципиальная схема дифференциального усилителя К118УД1 аведливление переда- '(10.13) '4! плеча дифференциального усилителя.
Транзистор УТЗ выполняет роль эмнттерного сопротивления. Для температурной компенсации смещения входной характеристики в его базовой цепи включен эииттерный диод УР. Пример. При двух источниках питания напряжением зхб,а В относительно зеили схема на рис. 10.5 потребляет от верхнего источника питания, подклкь пенного к зажиму 7, около ! мА при напряжениях и.„ =и„,=О. Определим сопротивление транаистора УТ3 постоянному току. При ими и„,=О коллектор транзистора УТ3 находится под напряжением ниже нуля (относительно земли) иа величину напряжения язв транзисторов УТ1 и УТ3.
Считая напряжения питания (Г„=б,з В и ила=0,7 В, получаем, что напряжение на коллекторе УТ3 относительно зажима 34 пк=(1~ †ив =6,3 — 0,7=5,6 В. Сумма сопротивления транзистора УТ3 и сопротивления /7, постоянному току ик/!л=б,б/1,0=5,6 кОм. Сопротивление транзистора УТ3 перемекному току можно найти по формуле (!О.!2). Коэффициент передачи.
На рис. 10.6,а приведена схема одного плеча дифференциального усилителя дли разностного сигнала. Из рис. 10.3 видно, что при разиостном сигнале и симметрии схемы токи транзисторов (ТТ/ и Ъ'Т2 через эмиттерное сопротивление равны и противоположны по фазе. Поэтому при усилении разностного сигнала на сопротивления д!, (см. рис. 10.3) нет переменного напряжения.
На этом основании в схеме на рис. 10.6, а, спр вой при усилении разностного сигнала, эмиттерное сопроти отсутствует. В соответствии с данной схемой ксэффициент чи разностного сигнала для одного плеча схемы Апгмг! 1 ь Й и Кп!= = — Ах °вЂ” и.,! — пгю 2 Зп, Множитель 1/2 появился потому, что на входе 1 действует лишь полонина полного разностного напряжения между двумя входами.
Общий коэффициент передачи разностного напряжения двумя плечами дифференциального усилителя Кр — — 2Кю =ЬмЯ -!/й!!м (10.14) На рис. 10.б, б приведена эквивалентная схема дифференциального усилителя для синфазного сигнала. Она получеяа рассечением схемы на рис. 10.3 по вертикальной оси симметрии. На ос- Рис.
10.6 Эквивалентные схемы одного плеча дифферевпнальвого усилителя а/ 220 новании этой схемы коэффициент передачи синфазного сигнала одним плечом схемы к.,-л.,(м.. (10.15) В качестве эмиттерного сопротивления обычно используется транзистор (см. рис. 10.5), поэтому эквивалентное сопротивление Р, равно выходному сопротивлению транзистора (уТЗ для переменного тока. На рассмотренном выше примере мы убедились, что это сопротивление для переменного тока, а следовательно и для приращения постоянного тока, очень велико. Коэффициент передачи синфазного сигнала одним плечом дифференциального усилителя очень мал, так как все приращение синфазного напряжения падает на эмиттерном сопротивлении.
При полной симметрии схемы результирующей коэффициент передачи синфазного сигнала К,=К,! — К,з=О. Несимметричные включения. Иногда уснлнваемое напряжение подают лишь на один из входов дифференциального усилителя, а второй вход соединяют с общим проводом (землей). В этом случае входное сопротивление усилителя Р„=2ц!рь (10.!6) так как только половина напряжения, подаваемого на вход усилителя, является напряжением база — эмиттер, другая половина этого напряжения падает на эмиттерном сопротивлении, с которого в противофазе поступает на вход второго транзистора.
Как указано ранее, прн таком включении дифференциальный усилитель является фазоинверторолг. На его двух выходах относительно земли создаются два одинаковых напряжения, имеющих противоположные фазы. При подаче напряжения на один или оба входа дифференциального усилителя выходное напряжение можно снимать как с днух, так и с одного выхода, Если подавать напряжение на оба входа и снимать его с одного выхода, то коэффициент ослабления синфазного сигнала в соответствни с (10.3) и (10.15) Косца= К,~(Кс!=йз1.Р.!Йп' Пример, Пусть з микросхеме дифференциального усилителя бм.=50; ап.=1,5 кОм; и.=)7,„,=820 кОм.
По (10.!7) определяем коэффициент ослабления синфазного сигнала К .чл=Кр~(К г=азмлмйп 0,5 10з 82 !от/1,5=2,7 !О'. Если вместо транзистора УТЗ (см. рис, 10.5) применить обычный резистор, имеющий такое >ке сопротинление постоянному току, как и транзистор (Р.= =5,6 кОм], то значение коэффициента ослабления синфазного сигнала уменьшится примерно на 2 порядка. Хотя прн симметрии схемы дифференциального усилителя обеспечивается ослабление синфазного сигнала даже при Р,=О, очень важно, чтобы это сопротивление для синфазного сигнала было максимальным, и синфазный сигнал не вызывал смещения рабочих точек транзисторов в нелинейную область, Отсюда следует необ- 221 хо ла Преимущества дифференциального усилителя.
Главным преимуществом дифференциалы!ого усилителя, особенно в интегральном исполнении, является малый дрейф нуля. В самом деле, одновременное и одинаковое температурное смещение, сдвиг вправо или влево входных характеристик транзисторов в левом и правом плечах дифференциального усилителя эквивалентно подаче синфазного сигнала, равного смещению.
Синфазный сигнал подавляется в дифференциальном усилителе, и лишь некоторая песимметрня схемы может создать разностный сигнал. Поэтому если температурный дрейф одиночного транзистора около — 2,о мВ/К, то температурный дрейф современных дифференциальных усилителей ~-(1 — 10 мкВ/К1, т. е. на 2 — 3 порядка ниже. Еще одним преимуществом дифференциальных усилителей является то, что сопротивления или транзисторы, включаемые в эмиттерные цепи, не влияют на полезное дифференциальное усиление, тогда как эмиттерные сопротивления в схеме на рис. 10.1 значительно уменьшают усиление каждого каскада и общее усиление.
10.4. НЕПОСРЕДСТВЕННАЯ СВЯЗЬ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЪ|Х УСИЛИТЕЛЕЙ На рис. 10.7 показан двухкасквдный дифференциальный усилитель с непосредственной связью между каскадами, до некоторой степени аналогичный двухкаскадиому усилителю на рис. 10.1. В обеих схемах, например, одинаковы постоянные токи транзисторов, но в дифференциальном усилителе применены симметричные источники питания ~10 В. Это позволяет заземлять базы транзисторов УТ! и РТ2 по постоянному току.
Как и ранее, считаем, что коллекторный ток транзисторов первого каскада !ко=газ=1 мА, а второго — Таз=газ=5,5 мА. Считаем также, что зти токи обеспечивав>тся при напряжениях иьз=-0,65 В в первом каскаде и ива=0,7 В— во втором. Напряжение коллектор — база транзистора УТ1 в схеме на рис. !О.! мха=32 — 1,75=1,45 В. Чтобы в схеме на рис. 107 напряжение коллектор— „-/аа Рис. 10 7. Схема двухкаскадного дифференциального усилителя с непосредственной свизью между каскадами база транзисторов УТ! и УТ2 оставалось таким же, необходимо иметь /7»4= =/7„9= !7/~ — икв)//в4 (10 — 1,45) /1'=8 55 кОм, Ближайшее номинальное значение 8,2 кОм.
Поэтому берем й»4=й»9=8,2 кОм. Прн этом ик94 — — инат» Н вЂ” /7»41 4 = !Π— 82 1=1,8 В. Сопротивление /7„= (7/„-п„р) /(/щ+ 199) = (10 — 0 55) /2 = 4 7 кОм. для второго каскада берем /7 9=/7»4=082 кОм, а /799 определяем нз выражения 7/»+ивв4 — иваз 10+1,8 — 0,7 /7,9= 1,0 кОм. 194+194 11 Найденные значения сопротивлений, напряжений и токов показаны на рис. 10.7. Коэффициент усиления первого дифференциального каскада на траязнсторэх УТ/ и )772 К„,=Л, „й.,/Л !'„»»141',, Л,',/Л,'„ Считая Лзв»=50; Лг! =1,5 кОм; 6449=05 кОм, имеем Кр,—— !7. .Коэффициент усиления второго дифференциального каскада Кш= 0,ба~~/7 /64!4 !.
Считая ЛД 80, /7»4 082 кОм, 64згр —— 05 кОм, имеем Краюбб. Сравнивая коэффициенты усиления схем на рис. 10.! и !0,7, замечаем, что коэффициент усиления дифференциального усилителя эиачительво болыпе. Благодаря примеаению схемных рен4еиий, описываемых в следующем параграфе, двухкаскадный дифференциальный усилитель в интегральном исполнении при значительно меньшем потреблении тока имеет значительно болыпне входное сопротивление и усиление каждого из дифференциальных каскадов н всего усилителя, чем только что описанная схема.
Усиление первого каскада усилителя в интегральном исполнении увеличивается в результате замены коллекторных резисторов 64,~ и /7 9 активными нагрузками, имеющими сравнительно цеболыпое сопротивление для постоянного тока н огромное сопротивление для переменного тока. Активные нагрузки аналогичны транзистору, применяемому в качестве сопротивления переменному току и рассмотренвому ранее. Применение активных нагрузок приводит к сложению переменных токов левого и правого транзисторов, когда применяется несимметричный выход, тогда как в схеме на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
