Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 45
Текст из файла (страница 45)
10.7 переменное напряжение на коллекторе УТЗ не используется, что приводит к уменьшению усиленна. Но главное преимущество, как это было подчеркнуто ранее, заключается в том, что дифференциальный усилитель в интегральном всполвении имеет на 2 — 3 порядка меньший дрейф нуля !Ози ЭЛЕййЕНТЬ! СХЕ64НЫХ РЕШЕНИИ В микросхемах применяются схемные решения, позволяющие благодаря дополнительным транзисторам уменыпить сопротивления реальных резисторов и получить большие динамические сопротивления„избавиться от фильтрующих и развязывающих конденсаторов, а также иметь другие преимущества, например независимость постоянных токов от изменения температуры. Токовые зеркала. На рнс. 10.8 приведены схемы генераторов стабильного тока типа «токовое зеркалов.
Ток У,з задается от ис- 223 ° и„ иа б/ о) Рис, !0.8. Схемы генераторов стабильного тока типа «токовое зеркало» а — абыяная; б — усовершенствованная точннков питания +1/„и — У„через достаточно большое сопротивление йао. Этот ток для схемы на рнс. 10.8,а 11= ((/ + У,— — ИВВ1) Лад ° Все транзисторы в схемах на рис.
10.8 идентичны. Поэтому базовые токи левых н правых транзисторов примерно одинаковы Ток для схемы на рис. 10.8,а 11 =1К1+1В!+/В2= (еах!В<!)+ 1) 1В1+1Б2, Ток 12, как это видно из схемы на рис, 10.8,а, равняется 1к,= =/)2!В<21В2. Таким образом, отношение токов 12/11 = 8213<2)/ ! (82!В<\)+ а ) (1Ю /1В2) + а) (10.18) близко к единице только при равенстве 1В! и 1В2, равенстве ймв<,) и йт,в<„ н большом нх значении по сравнению с единицей. Недостатком схемы на рис.
10.8,а является пе только то, что отношения токов отличаются от единицы, но и то, что это зависит от сопротивления нагрузки. В самом деле, 12=/на вследствие эффекта модуляции базы зависит от напряжения коллектор — эмнттер транзистора УТ2 и, следовательно, зависит от сопротивления И . Схема на рис. 10.8, б называется усовершенствованным токовым зеркалом, в котором почти устранена зависимость тока 12 от сопротивления нагрузки /аа„благодаря тому, что транзистор (УТЗ работает при постоянном напряжении базы, что соответствует схеме с ОВ. Задающий ток в схеме на рис. 10.8,б 11=1к1+/за Ток, задаваемый в нагрузку, 1,=1кх+1В1+1Ва — 1на Все токи, входящие в 1! и 12, не зависят от сопротивления нагрузки, так как задаются постоЯнными напРЯженнЯми ивина н ивов.
Следовательно, отношение 12/1! не должно зависеть от сопротивления нагрузки. Конечно, пока 11 «Иаа и пока транзисторы, к которым подключена нагрузка, не входят в режим насыщения. Генераторы стабильного тока (см. рис. 10.8) обеспечивают отношение токов !з/!„близкое к единице, и поэтому носят название токового зеркала. Во многих случаях требуется задавать соотношение между токами, отличающееся от единицы, и притом во много раз. Например, часто требуется стабилизировать очень малый ток смещения, не прибегая к формированию в микросхеме сопротивлений очень больших значений. Для этого используется схема на рис. 10.9, Ее главное достоинство в том, что при сравнительно небольших сопротивлениях К, и /тх можно получить очень малый стабильный ток /з в несколько микроампер.
Ток Уà — ((/в!+ (/вя ИНЭ)/ »Г — !»Сир (ИНЭ!/ТУ») . Ток /з =у,ехр (инэх/Т(/ ) . 7, 7„ гг Яз Рис. 10.9. Схема типа «токовое зеркало», применяемая для стабнли. занан малого тока Рис. !О.!О. Схема тапа «токовое зеркало», применяемая в качестве активной нагрузки 225 !3 з»«а» н» мз4 Логарифмируя оба равенства и вычитая из верхнего равенства нижнее, получаем уи, ((и.,+(7.,) — „, ~ (10.19) Рг/з ПРимеР. ПУсть 7=1; У,=--0,025 В; (7»~+У»а=30 В; ивз1=0,7 В; Р, 40 кОм; /в=20 мкА.
Тогда Рх ((1,25 10-з)/(20 10-з))!п((30 — 07)/(4,10л,2 !О-з)) 45 кОм Следовательно, при сравнительно неболыоих сопротивлениях Р~;и Рз можгго получить очень малый стабильный ток /ь При этом 71=((Кц+(г з)-ивэ~)/Р~ =29 3/40««0 73 мА. Активные нагрузки. В качестве активной нагрузки для дифференциальных усилителей можно использовать токовое зеркало (рис.
10.10). Если /кг=!к=+А/гг — ток коллектора левого транзи- стора предполагаемого дифференциального усилителя и ток 1ке= =1к — Л1к — ток коллектора правого транзистора, то для равенства токов левой н правой ветвей токового зеркала на выходе схемы должен течь ток як, используемый для раскачки следующего каскада. Таким образом, дифференциальный усилитель с активной нагрузкой может иметь несимметричный выход, в котором складываются приращения коллекторных токов левого и правого транзисторов. Схемы сдвига уровня напряжения.
В микросхемах применясатся схемы сдвига уровня напряжения, понижающие или повышающие постоянный потенциал некоторых точек. Основное требование к таким схемам — изменение постоянного потенциала на требуемую величину при минимальном изменении переменного потенциала. На рис. 10.11 приведены основные схемы сдвига уровня напря- Схема на рис. 10,11,п созда~~ сд~~~ ы.х — п»мяс ява~+И, при этом в отсутствие нагрузки нет падения переменного напряжения. Емкость С компенсирует емкость коллекторной цепи генератора стабильного тока. Условие компенсации )сС=)с»,„„С,„„, где )с',„ — выходное сопротивление генератора стабильного тока с учетом сопротивления нагрузки; С, „ — выходная емкость.
Схема на рис. 10.11, б обеспечивает сдвиг уровня напряжения на величину стабилизирующего напряжения диода, смещенного в обратном направлении. Роль диода в микросхемах обычно выполняет транзистор, включенный по схеме эмнттерного диода, смещенного в обратном направлении. Пробой такого диода, используемый для сдвига уровня напряжения, обычно происходит при напряжении 6 — 7 В. Недостатком схемы со стабилитроном являются шумы, обусловленные нестабильностью тока пробоя, особенно при малом токе. Схема на рис. 10.11, в позволяет получать сдвиг в довольно широких пределах за счет изменения отношения Л,1Ля.
В самом деле, считая ток базы 1е=0, имеем ()с~+)7я)1)ся= » икв1ива, Отсюда яка= (1+ус»~Яя) ива. (10.20) ее» е Рис. 1О.1!. Основные схемы сдвига уровня напряжения 226 Эту схему иногда называют «умножителем ин,» или «переменным стабилитроном». Кроме описанных выше схем для потенциального сдвига применяют один или несколько диодов, включенных последовательно и смещенных в прямом направлении Супербета-транзисторы. В операционных усилителях, описываемых ниже, желательно иметь возможно более высокое входное сопротивление первого каскада дифференциального усилителя.
Для этого можно применять полевые транзисторы, схемы Дарлингтона и супербета-транзисторы. Причем наименьший температурный дрейф нуля примерно 2 — 3 мкВ1К получается при использовании супербета-транзисторов, имеющих высокий коэффициент передачи тока й»1,— — 1000 — 5000 при малых токах коллектора . порядка 10 мкЛ. При этом входное сопротивление )т',„аааа--лц.=25йтю1тг при Йх~а=5000 равно 12,5 МОм. Супербета-транзисторы имеют очень тонкую базу и малое напряжение пробоя сУяао໠— — -3 — 5 В.
Поэтому в микросхемах с супербетатранзисторами с помощью делителей напряжения на резисторах нли с помощью других транзисторов предусматривается ограничение максимального напряжения коллектор — эмиттер. 10.6. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ Операционным усилителем принято называть усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и однотактным выходом, характерный высоким коэффициентом усиления, а также большим входным и малым выходным сопротивлениями.
Он почти всегда используется с внешней глубокой отрицательной обратной связью, определяющей его результирующие характеристики. Операционные усилители выпускаются в виде полупроводниковых интегральных микросхем и применяются не только для выполнения математических операций, благодаря чему они получилн свое название. Все чаще они используются в радиоэлектронных устройствах различного назначения 18, 91. Этому способствует их низкая стоимость, близкая к стоимости отдельных транзисторов. Структурная схема операционного усилителя приведена на рис. 10,12. Как видно из схемы, первый каскад, а иногда и второй являются дифференциальными усилителями.
Поэтому у операционного усилителя, показанного на рис. 10.12, имеются два входа: инвертирующий (обозначен знаком « — ») и неинвертируюший '(обозначен знаком «+»). На рнс. 10.13,а показано обычно применяемое условное графическое обозначение операционного усилителя, а на рис. 10.13б— Рнс 1О !2. Структурная схема опарапнонного уснлнтеля 1В' ау б) и! Рис. !О.!3. Операционный усилитель: в — условное обоавачевве; б — ехввваленгная схема; а — более точна схема входной деви его эквивалентная схема.
Входная цепь операционного усилителя представлена на рис, 10.13, б одним сопротивлением )г . Более точное представление о входной цепи операционного усилителя да. ет схема на рис, 10.13,в. Обычно входным каскадом операционного усилителя является дифференциальный усилитель. Сопротивление между его замкнутыми входами и землей прн подаче на его входные зажимы относительно земли сннфазного сигнала равно Ксф. С другой стороны, для разностного сигнала входное сопротивление между входами усилителя равно Рб ф.
В дифференциальном усилителе )гб„ф=2лы„а Я„ф примерно того же порядка, что и 1/Ьвтб. Ввиду того, что при этом )хсф~)тбвф, в схеме на рис. 10.13,в можно пренебречь сопротивлениями 2)г,ф и таким образом получить схему на рис. 10.13,б. Если же на входах дифференциального каскада включены эмиттерные повторители, то )сб и и )гсф одного порядка, но так как они очень велики, то вопрос о том, какая схема более точна в этом случае, не имеет большого значения. Выходная цепь операционного усилителя представлена на рис.
10.13,б выходным эквивалентным генератором, развивающим напряжение, пропорциональное внутреннему коэффициенту усиле'ния Ке и разности напряжений на неинвертирующем и инвертирующем входах. Выходной генератор имеет сопротивление уха„„. Начальные входные и выходные напряжения операционных усилителей относительно земли равны нулю, Это позволяет непосредственно соединять операционные усилители покаскадно, не применяя разделительных конденсаторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
