- •Лекция 6 усилительные каскады на полевых транзисторах
- •6.1. Термостабилизация режима усилительнго каскада на пт
- •6.2. Основные схемы питания и термостабилизации пт
- •6.3. Анализ усилительных каскадов на пт в режиме усиления сигнала
- •6.3.1. Усилительный каскад на пт с ои
- •6.3.2. Усилительный каскад на пт с ос
- •6.3.3. Усилительный каскад на пт с оз
- •7.1.2. Шумовые параметры уп
- •7.1.3. Расчет шумовых характеристик уу
- •7.2. Усилительные каскады с высоким входным сопротивлением
- •7.3. Усилительные секции
- •Лекция 8 широкополосные и импульсные усилители
- •8.1. Особенности формирования ачх широкополосных трактов
- •8.2. Особенности выбора рт в импульсных каскадах
- •8.3. Метод анализа импульсных искажений
- •8.4. Анализ усилительных каскадов в области малых времен
- •8.5. Анализ усилительных каскадов в области больших времен
- •8.6. Связь временных и частотных характеристик усилительных каскадов
- •8.7. Простейшие схемы коррекции ачх и пх
- •Лекция 9 усилители с обратной связью
- •9.1. Применение в усилителях оос
- •9.2. Усилительный каскад с последовательной оос по току
- •9.3. Усилитель с последовательной оос по напряжению
- •9.4. Усилительный каскад с параллельной оос по напряжению
- •9.5. Усилитель с параллельной оос по току
- •9.6. Усилительный каскад с комбинированной оос
- •9.7. Дополнительные сведения по ос
- •9.7.1. Многокаскадные усилители с оос
- •9.7.4. Динамические искажения в схемах с ос
- •Лекция 10 усилители мощности
- •10.1. Общие сведения
- •10.2. Классы усиления
- •10.3. Однотактные ум
- •10.4. Двухтактные ум
- •Лекция 11 усилители постоянного тока
- •11.1. Общие сведения об упт
- •11.2. Способы построения упт
- •11.3. Упт прямого усиления
- •11.4. Упт с преобразованием (модуляцией и демодуляцией) сигнала
- •11.5. Дифференциальные усилители
- •11.5.1. Реализация ду
- •11.5.2. Схемы включения ду
- •11.5.3. Точностные параметры ду
- •Список принятых сокращений
- •Содержание
11.5. Дифференциальные усилители
11.5.1. Реализация ду
В настоящее время наибольшее распространение получили УПТ на основе дифференциальных (параллельно-балансных или разностных) каскадов. Такие усилители просто реализуются в виде монолитных ИМС и широко выпускаются промышленностью (КТ118УД, КР198УТ1 и др.). На рис. 11.5 приведена принципиальная схема простейшего варианта дифференциального усилителя (ДУ) на БТ.
Рис. 11.5. Схема ДУ.
Любой ДУ выполняется по принципу сбалансированного моста, два плеча которого образованы резисторами Rк1 и Rк2, а два других – транзисторами VT1 и VT2. Сопротивление нагрузки Rн включено в диагональ моста. Резисторы цепи ПООСТ RОС1 и RОС2 обычно невелики или вообще отсутствуют, поэтому можно считать, что резистор Rэ подключен к эмиттерам транзисторов.
Двухполярное питание позволяет обойтись на входах (выходах) ДУ без мостовых схем за счет снижения потенциалов баз (коллекторов) до потенциала общей шины.
Рассмотрим работу ДУ для основного рабочего режима – дифференциального. За счет действия Uвх1 транзистор VT1 приоткрывается, и его ток эмиттера получает приращение ∆Iэ1, а за счет действия Uвх2 транзистор VT2 призакрывается, и ток его эмиттера получает отрицательное приращение –∆Iэ2. Следовательно, результирующее приращение тока в цепи резистора Rэ при идеально симметричных плечах близко к нулю и, следовательно, ООС для дифференциального сигнала отсутствует.
При анализе ДУ выделяют два плеча, представляющие собой каскады с ОЭ, в общую цепь эмиттеров транзисторов которых включен общий резистор Rэ, которым и задается их общий ток. В связи с этим представляется возможным при расчете частотных и временных характеристик ДУ пользоваться соотношениями разд. 5 и 8 с учетом замечаний, приведенных в подразд. 10.4. Например, коэффициент усиления дифференциального сигнала KUдиф будет равен в случае симметрии плеч (см. подразд. 10.4) KUдиф = 2KUпл = K0, т.е. дифференциальный коэффициент усиления равен коэффициенту усиления каскада с ОЭ.
ДУ отличает малый дрейф нуля, большой коэффициент усиления дифференциального (противофазного) сигнала KUдиф и большой коэффициент подавления синфазных помех, т.е. малый коэффициент передачи синфазного сигнала KUсф.
Для обеспечения качественного выполнения этих функций необходимо выполнить два основных требования. Первое из них состоит в обеспечении симметрии обоих плеч ДУ. Приблизиться к выполнению этого требования позволила микроэлектроника, поскольку только в монолитной ИМС близко расположенные элементы действительно имеют почти одинаковые параметры с одинаковой реакцией на воздействие температуры, старения и т.п.
Второе требование состоит в обеспечении глубокой ООС для синфазного сигнала. В качестве синфазного сигнала для ДУ выступают помехи, наводки, поступающие на входы в фазе. Поскольку Rэ создает глубокую ПООСТ для обоих плеч ДУ, то для синфазного сигнала будет наблюдаться значительное уменьшение коэффициентов передачи каскадов с ОЭ, образующих эти плечи.
Коэффициент усиления каждого плеча для синфазного сигнала можно представить как каскада с ОЭ при глубокой ООС. Согласно подразд. 9.2 имеем:
,
.
Теперь можно записать для всего ДУ:
,
где .
Для оценки подавления синфазного сигнала вводят коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС), равный отношению модулей коэффициентов передач дифференциального и синфазного сигналов.
Из сказанного следует, что увеличение КОСС возможно путем уменьшения разброса номиналов резисторов в цепях коллекторов (в монолитных ИМС – не более 3%) и путем увеличения . Однако увеличениетребует увеличения напряжения источника питания (что неизбежно приведет к увеличению рассеиваемой тепловой мощности в ДУ), и не всегда возможно из-за технологических трудностей реализации резисторов больших номиналов в монолитных ИМС.
Решить эту проблему позволяет использование электронного эквивалента резистора большого номинала, которым является источник стабильного тока (ИСТ), варианты схем которого приведены на рис. 11.6.
Рис. 11.6. ИСТ на БТ и ПТ.
ИСТ подключается вместо (см. рис. 11.5), а заданный ток и термостабильность обеспечивают элементы,,и(рис. 11.6,а), и (рис. 11.6,б). Для реальных условий ИСТ представляет собой эквивалент сопротивления для изменяющегося сигнала номиналом до единиц мегом, а в режиме покоя – порядка единиц кОм, что делает ДУ экономичным по питанию.
Использование ИСТ позволяет реализовать ДУ в виде экономичной ИМС, с КОСС порядка 100 дБ.
При использовании ПТ характер построения ДУ не меняется, следует только учитывать особенности питания и термостабилизации ПТ.