3.10. Дифференциальный усилитель

Простейшая схема дифференциального усилителя (ДУ) показана на рис. 3.18. ДУ состоит из двух одинаковых плеч, содержащих транзистор и резистор. Симметрия ДУ позволяет уменьшить величину приведенного дрейфа по сравнению с однотактным каскадом. ДУ имеет больший коэффициент усиления. Считается, что R_К1=R_К2, а параметры V₁идентичны параметрам V₂.

Если входной сигнал отсутствует, то коллекторные токи и напряжения будут одинаковы в обоих плечах, а выходное напряжение будет равно нулю. В идеальном ДУ дрейф выходного напряжения отсутствует, так как равенство нулю выходного напряжения сохраняется при одновременном и одинаковом

изменении токов в обоих плечах. Дрейф коллекторного напряжения в каждом из плеч может быть достаточно большим.

Если на входы усилителя подать напряжения равной величины, но противоположной полярности (дифференциальный сигнал), то входной сигнал U_ВХ=2U_ВХ1=2U_ВХ2в силу симметрии поделится поровну между эмиттерными переходами транзисторов VТ₁и VТ₂. На одном из них напряжение увеличится наU_ВХ, а на другом уменьшится наU_ВХ. Соответственно и изменения коллекторных напряжений будут одинаковы по величине и противоположны по знаку:

U_ВЫХ=U_К1-U_К2=2U_К1=2U_К2.

Так как входной дифференциальный сигнал делится поровну между эмиттерными переходами, то потенциал эмиттеров не меняется, что позволяет при анализе считать эмиттеры заземленными для переменного сигнала. При подаче на входы сигналов равной величины и одинаковой полярности (синфазных сигналов) коллекторные напряжения изменятся на одинаковую величину, а выходное напряжение останется равным нулю. В идеальном ДУ синфазные сигналы не влияют на выходное напряжение.

Коэффициент усиления ДУ можно получить из формулы для коэффициента усиления для однотактного каскада положив R_Э=0 иR_H=R_H.K_UДУ=(3.10.1)

Для низкоомного источника сигнала и при >>1 можно считать

K_UДУ=. (3.10.2)

Входное сопротивление одного плеча

R_ВХ=r_Б+(1+)r_Э. (3.10.3)

Входное сопротивление дифференциальному сигналу:

R_ВХ.Д=2[r_Б+(1+)r_Э] (3.10.4)

Сопротивление r_Эобратно пропорционально току покоя I_ЭП, следовательно для увеличения входного сопротивления целесообразно выбирать малые токи покоя и транзисторы с высокими значениями.

Для улучшения характеристик ДУ часто вместо резистора R_Эвключают источник тока.

4. Полевые транзисторы

4.1. Полевые транзисторы. Общие сведения

Основные принципы работы полевого транзистора были разработаны Лилиенфельдом и Хейлом в начале 30х годов. Первый МДП-транзистор был изготовлен Кангом и Аталлой в 1960 г. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом был разработан Шокли в 1952 г. и изготовлен Дейки и Россом в 1953 г. Полевые транзисторы с диодом Шотки впервые были изготовлены на основе арсенида галлия в 1967 г.

Полевые транзисторы содержат три полупроводниковые области исток, сток и канал, а так же управляющий электрод затвор. Исток и сток сильно легированные области полупроводника.

По структуре и способу управления проводимостью канала различают три типа полевых транзисторов:

- полевые транзисторы с изолированным затвором, между металлическим затвором и каналом расположен слой диэлектрика (МДП-транзисторы);

- полевые транзисторы с управляющим переходом металл-полупро-водник (с диодом Шоттки), металлический электрод затвора образует выпрямляющий контакт с каналом, на который в рабочем режиме подается обратное напряжение;

- полевые транзисторы с управляющем p-n-переходом, в качестве затвора используют слой полупроводника образующий с каналом p-n-переход, в рабочем режиме имеющий обратное включение

Полевые транзисторы по типу проводимости канала подразделяются на транзисторы с каналом n или p -типа.

Если канал n-типа, то рабочими носителями являются электроны и на сток подается положительный потенциал. В случае канала p-типа рабочими носителями являются дырки и на сток подается отрицательный потенциал.

В полевых транзисторах используется движение носителей заряда одного знака, которые под действием электрического поля, созданого вдоль канала, перемещаются от истока к стоку.

Характерной особенностью полевых транзисторов является малый ток затвора. Входное сопротивление полевых транзисторов на постоянном токе составляет 10⁸10¹⁰Ом. Поэтому полевые транзисторы являются приборами, управляемыми напряжением, в отличие от биполярных транзисторов, которые управляются током.