podyak

Пример 3.2. В приведенной на рис. 3.19 схеме двухкаскадного усилителя используются транзисторы c параметрами:

90

91

4.1. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Дифференциальный усилитель (ДУ) (рис. 4.2) представляет схему, состоящую из двух симметричных усилителей, образующих мостовую схему и имеющих раздельные входы и выходы. Элементами моста являются транзисторы VT1,VT2 и резисторы RК1, RК2. Питание ДУ осуществляется в общем случае от разнополярных источников Еп1, Еп2, что позволяет создавать необходимые уровни напряжений на элементах схемы как положительной, так и отрицательной полярности. Нагрузка может быть включена между коллекторами транзисторов (симметричный выход) или подключена к одному из коллекторов относительно общей точки схемы (несимметричный выход). Эмиттеры транзисторов объединены в их общей точке и подключены через резистор RЭ к источнику Еп2. Величиной резистора RЭ задается суммарный ток I0, протекающий в эмиттерах транзисторов, симметрично распределяющийся между транзисторами. Режим работы источника Еп2 стараются сделать возможно более близким к режиму работы источника тока.

-ЕП2

Рис. 4.2

Легко убедиться, что само построение ДУ способствует решению ранее поставленных вопросов.

1.Компенсировать начальное коллекторное напряжение на нагрузке при симметричном выходе.

2.Уменьшить влияние колебаний напряжений источников питания и других факторов на параметры статического режима, поскольку

всимметричной схеме вызываемые ими изменения одинаково отра-

92

зятся на значениях потенциалов коллекторов транзисторов и, следовательно, не отразятся на величине полезной составляющей выходного сигнала.

4.1.1. СТАТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Исходный статический режим ДУ зависит от параметров транзисторов, значений питающих напряжений и в условиях полной симметрии схемы характеризуется следующими соотношениями:

и должен удовлетворять всем ранее приведенным требованиям к положению рабочей точки на характеристиках транзистора.

4.1.2. МАЛОСИГНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ

а) Входное сопротивление для дифференциального сигнала Под дифференциальным сигналом ДУ понимается разность потен-

циалов, действующая между входами усилителя. Положим для простоты ЕГ2 = 0 и составим расчетную для определения входного сопротивления Rвх(д) (рис. 4.3), из которой получим:

93

налов зависит от значения коэффициента передачи по соответствующему входу, который назовем частным коэффициентом усиления:

Введенные коэффициенты позволяют выразить выходные напряжения в виде

(Необходимо иметь в виду, что знаки K11, K22 отрицательны, а K12, K21 положительны.) Удобно выражения (4.8), (4.9) преобразовать и записать:

Из приведенных уравнений следует, что в выходных напряжениях ДУ присутствуют составляющая, пропорциональная разности входных сигналов, и составляющая, пропорциональная полусумме входных сигналов. Соответствующие коэффициенты пропорциональности называются дифференциальным и синфазным коэффициентами усиления. Сопоставляя выражения (4.8), (4.10) и (4.9), (4.10), найдем:

95

Если нагрузка включена между коллекторами транзисторов, то здесь дифференциальный коэффициент усиления будет определяться разностью

Получение дифференциальной и синфазной составляющих в выходном напряжении и связь их с частными коэффициентами усиления иллюстрируется потенциальными диаграммами рис. 4.4, 4.5.

Рис. 4.4 Рис. 4.5

Диаграммы рис. 4.4 построены для режима, когда входной синфазный сигнал отсутствует, а входные сигналы ЕГ1, ЕГ2 одинаковы по величине и противоположны по фазе. В этом случае в выходном напряжении присутствует только дифференциальная составляющая.

Если же на входы усилителя подать одинаковые по величине и фазе сигналы, то потенциалы коллекторов изменятся на одну и ту же величину, определяемую разницей частных коэффициентов K11, K12 и K22, K21 (рис. 4.5). Среднее значение выходных напряжений Uвых1, Uвых2 и представляет собой выходной синфазный сигнал.

Для расчета частных коэффициентов усиления полностью симметричного усилителя воспользуемся расчетными схемами рис. 4.6 (для расчета K11) и рис. 4.7 (для расчета K12).

Схема рис. 4.6 представляет усилитель типа ОЭ с отрицательной обратной связью по току, создаваемой посредством параллельного соединения сопротивлений RЭ и Rвх(ОБ). Коэффициент усиления этой схемы

96

4.2. ИСТОЧНИКИ СТАБИЛЬНОГО ТОКА

Простой вариант источника стабильного тока на основе транзистора в диодном включении показан на рис. 4.8. Здесь напряжение UБЭ, зависящее от значений напряжения источника Еп и резистора R1, одинаково для обоих транзисторов и определяется формулой

где Т – температурный потенциал, IЭ0 – обратный тепловой ток эмиттерного перехода, зависящий от площади эмиттера. При равенстве обратных токов IБ1 = IБ2 = IБ первого и второго транзисторов можно записать:

Если принять ток I1 за эталонный, то отраженный ток I2 достаточно мало от него отличается. Схемы, подобные этой и выполняющие функцию линейного высокоточного преобразования задающего тока в выходной, получили название «зеркала тока».

Распространенный вариант источника стабильного тока (рис. 4.9) позволяет управлять соотношением эталонного тока I1 и зеркального тока I2. Пренебрегая незначительной разницей в напряжениях UБЭ1, UБЭ2, а также током IБ2, получим из равенства I1R1 = I2R2 выражение для тока зеркала:

98

Заметим, что задача отражения тока в схеме рис. 4.9 может быть решена и в условиях, когда R1, R2 = 0. Необходимый коэффициент отражения тока достигается здесь за счет разницы в площадях эмиттеров транзисторов VT1, VT2.

4.3.УПРАЖНЕНИЯ К РАЗДЕЛУ 4

1.Какие требования предъявляются к усилителям постоянного

тока?

2.Какие факторы влияют на стабильность работы УПТ?

3.Поясните понятие дрейфа выходного напряжения УПТ и причины, вызывающие его.

4.Поясните работу ДУ и назначение элементов его схемы.

5.Покажите контуры протекания постоянных и переменных токов

вДУ.

6.Дайте определение дифференциального и синфазного коэффициентов усиления.

7.Поясните построение расчетных схем для анализа частных коэффициентов ДУ.

8.Выведите формулы для расчета Kд, KС, K11, K12.

9.Какую роль играет источник стабильного тока в работе УПТ? 10. Поясните принцип работы источников стабильного тока, изо-

браженных на рис. 4.8, 4.9.

11. Какие свойства транзистора используются в источниках стабильного тока?

99