Дифференциальные усилители как схемы расщепления фазы.

На коллекторах симметричного ДУ возникают сигналы, одинаковые по амплитуде, но противоположные по фазе. Таким образом наблюдаем эффект расщепления фазы. Дифференциальный выходной сигнал можно затем использовать для управления еще одним ДУ.

Емкость и эффект Миллера.

До сих пор пользовались моделью транзистора для сигналов постоянного тока или низкой частоты. В простейшей модели транзистора, как усилителя тока, токи и сопротивления рассматриваются не связано со стороны различных выводов транзисторов. Эта модель охватывает довольно широкий круг вопросов, но не содержит все моменты, которые необходимо рассмотреть при разработке электронных схем. Не учитывается тот момент, что внешние цепи и сами переходы транзистора обладают некоторой емкостью, которую необходимо учитывать при рассмотрении быстродействующих и высокочастотных схем. На частоте 100 МГц емкость перехода в 5 пкФ представляет импеданс (комплексное сопротивление в общем) в 320 Ом.

Емкость схемы и перехода .

Емкость ограничивает скорость изменения напряжения в схеме, т.к. любая схема имеет собственные конечные выходные импедансы. Общая рекомендация заключается в следующем: для ускорения работы схемы следует уменьшить импеданс источника и емкость нагрузки и увеличивать управляющий ток. Однако, некоторые особенности связаны с емкостью обратной связи и со входной емкостью. Схема иллюстрирует как проявляются емкости переходов транзистора. Выходная емкость образует RС цепь с выходным сопротивлением Rн, которое включает сопротивление нагрузки и сопротивление коллекторного перехода, а емкость Cн - емкость перехода и емкость нагрузки. В связи с этм спад сигнала начинается на частоте f=1/(2RнСн). То же самое можно сказать о входной емкости и сопротивлении.

Эффект Миллера.

Емкость Скб играет здесь основную роль. Усилитель обладает некоторым коэффициентом усиления по напряжению Кu, следовательно, небольшой сигнал напряжения на входе порождает на коллекторе сигнал в Ku раз превышающий входной. Из этого следует, что для источника сигнала емкость Скб в (Кu+1) раз больше, чем при подключением Скб между базой и землей, т.е. при расчете частоты среза входного сигнала можно считать, что емкость ОС ведет себя как конденсатор емкостью Скб(Кu+1), подключенный между входом и землей. Такое увеличение емкости Скб и называется эффектом Миллера.

Эффект Миллера часто играет основную роль в спаде усиления, т.к. типичное значение емкости обратной связи около 4 пФ эквивалентно емкости в несколько сотен пФ, присоединенной к земле.

Существует несколько методов борьбы с эффектом Миллера. Например, он будет полностью устранен, если использовать усилительный каскад с общей базой.

Импеданс источника можно уменьшить, если подавать сигнал на каскад с заземленным эмиттером через эмиттерный повторитель. На рисунке показано еще две возможности.

В ДУ (без резисторов в коллекторе Т₁ ) эффект Миллера не наблюдается. Эту схему можно рассматривать как эмиттерный повторитель, подключенный к каскаду с заземленной базой.

На второй схеме показано каскодное включение транзисторов. Т₁- это усилитель с заземленным эмиттером, резистор Rн является общим коллекторным резистром. Транзистор Т₂ включен в коллекторную цепь для того, чтобы предотвратить изменение сигнала в коллекторе Т₁ (и тем самым устранить эффект Миллера) при протекании коллекторного тока через резистор нагрузки. Напряжение U₊ - это фиксированное напряжение смещения, обычно оно нак несколько вольт превышает напряжение на эмиттере Т₁ и поддерживает коллектор Т₁ в активной области. На рисунке показана лишь часть каскодной схемы, в нее можно включить зашунтированный эмиттерный резистор и делитель напряжения для подачи смещения на базу или охватить всю схему петлей ОС по постоянному току.

Паразитные емкости могут создавать и более сложные проблемы, чем те которые рассмотрели. В частности:

• спад усиления, обусловленный наличием емкости ОС и выходной емкости;

• входная емкость так же оказывает влияние на работу схемы даже при наличии мощного источника входных сигналов, ток протекающий через С_ЭБ не усиливается транзистором, т.е входная емкость "присваивает" себе часть входного тока, в следствии чего коэффициент усиления на высоких частотах снижается;

• дело осложняется и тем, что емкости переходов зависят от напряжения, особенно сильно меняется С_ЭБ;

• если транзистор работает как переключатель, то заряд, накопленный в области базы в режиме насыщения так же уменьшает быстродействие.

Некоторые практические схемы.

Терморегулятор:

Показанная схема регулятора основана на использовании термистора- чувствительного элемента, сопротивление которого зависит от температуры. Дифференциальная схема на составных транзисторах Т₁-Т₄ сравнивает напряжение, формируемое регулируемым делителем эталонного напряжения на резисторах R₄-R₆, с напряжением, которое снимается с делителя, образованного термистором и резистором R₂.

Токовое зеркало на транзисторах Т₅Т₆ является активной нагрузкой и служит для увеличения коэффициента усиления, а так же токовое зеркало на транзисторах Т₇Т₈ обеспечивает эмиттерный ток. Транзистор Т₉ усиливает выходное напряжение ДУ и переводит в насыщение составной транзистор Т₁₀Т₁₁, который таким образом подает мощность на нагреватель, если термистор охладился.

Выбор сопротивления R₉ зависит от требуемого тока. Этот резистор включает защитный транзистор Т₁₂. Если выходная величина тока превышает 6 А, то он отключает сигнал с базы составного транзистора Т₁₀Т₁₁, предотвращая выход схемы из строя.

Схема