Гусев - Электроника (944138), страница 63
Текст из файла (страница 63)
В результате этого коллекторные токи транзисторов также изменяются. В диапазоне высоких частот существенную роль в разбалансе каскада играют емкости коллекторных переходов. Они являются основной причиной роста усиления синфазного сигнала в диапазоне высоких частот. Для количественной характеристики усиления дифференциального и синфазного сигналов используют коэффициент ослабления синфазного входного напряжения К„,ф (коэффициент подавления синфазного сигнала). который показывает, во сколько раз коэффициент усиления дифференциального входного сигнала К„„иф выше, чем синфазного Ки«: 14. 182) Х.
ос сф = 1сяаяф.1 1с еф Значения коэффициента ослабления синфазного входного напряжения могут достигать нескольких тысяч". Следует отметить, что коэффициент ослабления синфазного сигнала уменьшаегся в случае несимметричного выхода, когда напряжение снимается только с коллектора одного из транзисторов. В этом случае он равен отношению входных сопротивлений для синфазного и дифференпиального входных сигналов. Для повышения коэффициента ослабления синфазного входного напряжения вводят синфазную обратную связь по току 1рис.
4.31, б). Для этого к дифференциальному усилигельному каскаду подключают аналогичный дифференциальный каскад (транзисторы УТ4, УТ5), часть напряжения эмиттера которого управляет источником тока на транзисторе УТЗ. При подаче синфазного си~ нала на входные зажимы транзисторов УТ1, УТ2 токи их изменяются. Соответственно изменятся потенциалы баз транзисторов УТ4, УТ5 и токи через них„что вызовет изменение напряжения на резисторе Тт,. Это напряжение управляет током транзистора УТЗ, обеспечивая тем самым отрицательную ОС по синфазному сигналу.
Такая ОС уменьшает отклонения токов транзисторов УТ1, УТ2 от требуемого значения, вызванные синфазным сигналом, н соответственно уменьшает величину разбаланса каскада. Для примера рассмотрим„как будут протекать процессы при подаче входного синфазного напряжения, уменьшающего токи транзисторов УТ1, УТ2.
Под влиянием этого напряжения потенциалы баз транзисторов УТЗ, УТ4 возрастут, что приведет к увеличению их коллекторных токов. Повысится напряжение и па резисторе Ат, что вызовет увеличение тока транзистора УТЗ и уменьшение падения напряжения на нем. В свою очередь, увеличится разность потенциалов между базами и змиттерами транзисторов УТ1, УТ2 и их ток. ОС по синфазному сигналу поддерживает рабочие точки транзисторов вблизи заданных и тем самым уменьшает разбаланс каскада. На коэффициент усиления дифференциального сигнала ОС влияния не оказывает.
Составив эквивалентную схему каскада, можно количественно оценить влияние ОС по синфазному сигналу. Дифференциальные каскады достаточно чувствительны к параметрам отдельных элементов и сложны в наладке. Поэтому на практике между змиттерами транзисторов часто включают * Коэффициент ослабления синфаэного вхоэхно~о напряжения часто аьи Ф ражают в децибелах: А;„, .—.201я К„, неболыпие резисторы Лш упрощающие настройку и расширяющие диапазон допустимых входных сигналов (рис.
4.31, в). Однако при этом уменьшается коэффициент усиления каскада. Если транзисторы дифференциальных каскадов достаточно хорошо подобраны в пары и сопротивления в их коллекторных цепях равны, то влияние изменения температуры на их токи будет одинаково: 5пА1г~ =.5 кА~гз. (4.183) При этом ток и напряжение в нагрузке останутся неизменными. Поэтому усилительные каскады этого типа находят применение при построении усилителей постоянного тока (УПТ). На практике идеальной компенсации обычно добиться не удается, и прн изменении температуры наблюдается изменение выходного сигнала.
Если дифференциальное входное напряжение равно нулю, а выходное меняется с изменением температуры, то такое изменение называется температурным д р е й ф о м н у л я. При неизменной температуре выходной сигнал несколько изменяется с течением времени (это обусловлено старением компонентов и изменениями их параметров). Временной дрейф нуля оценивают в абсолютных значениях изменения сигнала за определенный промежуток времени. Дрейф нуля обычно приводят ко входу, так чтобы его значение показывало„ какой нужно подать входной сигнал для того, чтобы получить изменение выходного сигнала, равное его температурному или временному приращению. Для этого изменение выходного напряжения с температурой или в течение определенного времени делят на коэффициент усиления каскада. Типовое значение температурного дрейфа нуля дифференциального каскада 1 20 мкВ,'град.
Временной дрейф составляет единицы — -десятки мкВ в год, а при плохих компонентах . мВ~'ч и более. Если дифференциальный каскад используется в качестве УПТ, то дрейф выходного сигнала может быть вызван и изменениями входных токов гранзисторов. Действительно, для нормальной работы каскада в его базовых цепях должны протекать определенные токи. Если бы они не изменялись, то с помощью дополнизельных внешних цепей можно было бы обеспечить практически полное отсутствие входного тока в цепях источника усиливаемого сигнала. Однако значения входных токов транзисторов зависят от изменения температуры и для уменьшения влияния этих изменений приходится принимать специальиыс меры.
Основным способом уменыпения вхолного тока является уменьшение тока эмиттера 1,. Иногда !э уменыпают до 10.-.50 мкА, при этом 1в=! мкА и наблн>дается дрейф порядка О,1 0,2 мкА па каждые 1О С 1для кремниевых гранзисторов). 290 Дополнительное снижение влияния дрейфа тока базы можно получить применяя специальные типы транзисторов и используя параметрические компенсационные схемы. Линейность характеристики преобразования у дифференциальных каскадов наблюдается только при малых значениях входных напряжений, соизмеримых с гпрг.
Покажем зго ца примере каскада, выполненного на идеализированных транзисторах, у которых ггягв- 1, 1кзо<<1к, а в цепь эмиттеров установлен генератор тока 1О (рис. 4.32, и). Эти допущения позволяют записать уравнения транзисторов (2.37), (2.34) в упрощенном виде; 1к-1:з 1О 1зтс ч". (4. 184) линейная зона -н -з -г -у о ( г йй(уг, й) (аг Е 04 тгг (уйгг (гйх г) Рис. 4.32.
Расчетная схема (а) и зааисиыости токов коллектора ог нходного напряжения (о); вклгочсние диффсренпиально~о каскада в схемы усилителя постоянного напряжения (е), усилигглей разности двух переменныя (г) и двух постоянных напряжений (д); дифференпиальпый каскад на поленык транзисторах (г) В статическом режиме 1Л(/„„=О) у идеально подобранной 1 паРы тРанзистоРов Грэс — — баэ2=17ьэ и 7К1=7к2 — — -10.
ПРи 2 17„„Ф О напряжение О'вэ одного транзистора увеличится на 2 -Л Ос,„, а другого уменьшится на ту жс величину (доказано выше). Тогда токи коллекторов О КЛС'., 2 е., лс,„ 7к1=7эте " =7эте""е-"", (4.185) С,,— Ы„, 2 с., лг„ эк2 =2 эт" =7'эте е -'' Учитывая, что о,е ° ЛС,„ЛС„ ~О ~К!+ ~К2 ~Эте ~ е +е 21 (4.
186) с,„, подставим в (4.185) значение 7эте е, полученное из 14.186)1 лс;„ е 20, эк1=10' лс -лс (4.187) 2с ли,„лс скс = — 20 ) 1+1" --- ) 2сег ) (4. 189) ( лн,„лс ~К 2 ~0 2 1 2101 При малых значениях ЛГ„,1Л12'„„~сР2) каскад обычно можно лн„„лц„„ считать линейным (рис. 4,32, б). так как при этом с)с 2сос 29е Поэтому при работе в качестве усилителя входное напряжение, 202 е лс'2" 20' ~К 2 ~0 ЛС „„Пел, Е -ЛСС„, (2Е )' Так как выходной сигнал ~l,„,„пропорционален разности токов 7кс и 7к2, которая равна /ЕЛС.
С201.е-мл. Реп'с „с, 2сР е то он является функцией гиперболического 1)с от входного напряжения. Несложно показать, что при одинаковых по модулю приращениях токов коллекторов Л7кс и Л7кэ их значения определяют из уравнений как правило, не превышает 0,1 В. В выражении (4.188) температурный потенциал ~Р, меняется с изменением температуры. что приводит к температурной зависимости характеристик преобразования. Изменение тока 1а вызывает соответствующее приращение выходного тока и коэффициента усиления.
Это важное свойство дифференциально~ о каскада. которое позволяет применять его для умножения двух си1иалов. Действи1ельно, если в (4.!88) 1ок 1в сделать функцией одного сигнала Уе=)1((/,), а А с!„„=(" (Г',) другого, то ири ((,„с у г (4.188) будет иметь внд 1=.( К) 6((' ), (4. 190) Некоторые из возможных схем использования дифференциального каскада в качестве усилителя медленно меняющегося сигна:юв и усилителей разности двух сигналов переменного и постоянного тока приведены на рис, 4.32, в "- д. Резистор Яз введен для компенсации неидеальности плеч, вызванной разбросом параметров транзисгоров и резисторов.
С помощью его каскад баланснруется для получения (I„„„ =0 при (У,„ =О. Аналогично рассмотренному выполняют дифференциальные каскады на полевых транзисторах (рнс. 4.32. е). Их анализ н расчет подобны разобранному. Качественно похожи и общие свойства. При расчете и построении схем устройств необходимо учитывать, что управляющим сигналом являются потенциалы затворов, а нх ток имеет малое значение. Дифференциальные усилительные каскады широко применяют для построения усилителей постоянного тока и логических элементов. Они являются одними из наиболее распространенных в интегральной схемотехнике.
Таким образом, дифференциальные каскады имеют; 1) входное сопротивление для дифференциального сигнала, равное удвоенному сопротивлению одиночного каскада с ОЭ (без сопротивления в эмиттерной цепи); 2) высокое входное сопротивление для синфазного сигнала; 3) коэффициент усиления по напряжению для дифференциального сигнала, равный коэффициенту усиления одиночного каскада с ОЭ; 4) коэффициент усиления для синфазного сигнала, стремящийся к нулю; 5) выходное сопротивление, в два раза большее, чем у одиночных каскадов с ОЭ с аналогичными параметрами компонентов, Кроме усиления оии позволяют выполнять умножение двух сигналов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
