Поскольку справедливы соотношения r'б << (h21э +1)(rэ + 2R) и rэ << R ,

Следовательно, входное сопротивление ДУ для СС составляет величину сотни килоом.

Выходное сопротивление ДУ для СС определяется тем же выражением, что и для ДС:

Таким образом, ДУ усиливает разностный сигнал и ослабляет СС. По- скольку различные помехи, нестабильности источника питания и температур- ные изменения действуют на ДУ как СС, а полезным является ДС, то эти свой- ства ДУ позволяют осуществить выделение полезного сигнала на фоне помех. Для оценки этого свойства ДУ вводится параметр, который называется коэф- фициент ослабления СС, показывающий, во сколько раз коэффициент усиления ДС больше коэффициента усиления СС:

уменьшать rэ . С учетом приведенных выше рассуждений величина Ku ОСС бу- дет определяться напряжением источника питания:

Вывод. Увеличение напряжения источника питания на 1 В приводит к увеличению Ku ОСС на 20.

7.4. Способы улучшение параметров дифференциального усилителя

Для улучшения ДУ необходимо увеличивать входное сопротивление, ко- эффициент усиления дифференциального сигнала, коэффициент ослабления СС, уменьшать коэффициент усиления СС и иметь возможность устранять раз- баланс мостовой схемы усилителя, вызванный асимметрией его плеч, которая приводит к тому, что UК1 ¹ UК2 при UБ1 = UБ2 = 0. Это обусловлено сложно-

стью подбора в пару двух БТ с абсолютно идентичными характеристиками и параметрами. Наличие разброса параметров БТ, вызванных несовершенством технологии изготовления, приводит к тому, что даже в интегральных ДУ необ- ходимо предусматривать возможность подключения внешнего (по отношению к интегральной схеме) переменного резистора, с помощью которого осуществ- ляется балансировка схемы.

Для увеличения Ku диф необходимо увеличивать сопротивление резистора R К и уменьшать дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода БТ rэ .

100

Эти требования являются противоречивыми, поскольку для уменьшения rэ не- обходимо увеличивать коллекторный ток IК , а это в свою очередь требует уменьшения R К для сохранения напряжения на коллекторе. Увеличения Ku диф добиваются включением в коллекторные цепи БТ вместо резисторов так

называемой динамической нагрузки – источника тока, например на БТ, кото- рый обладает большой величиной сопротивления по переменному току. Однако это приводит также к увеличению выходного сопротивления ДУ, а значит, в этом случае необходимо использовать высокоомную нагрузку, например эмит- терный повторитель.

Для уменьшения Ku СС необходимо увеличивать сопротивление резисто- ра R и уменьшать сопротивление R К (последнее условие противоречит усло- вию увеличения Ku диф ). Уменьшения Ku СС достигают использованием вме-

сто резистора R источника тока, например на БТ.

Для увеличения Ku ОСС необходимо увеличивать сопротивление резисто- ра R и уменьшать дифференциальное сопротивление rэ . Эти требования про-

тиворечат друг другу, поскольку при увеличении R эмиттерные токи БТ будут уменьшаться, что приведет к росту rэ . Поэтому увеличения Ku ОСС добиваются

так же, как и в предыдущем случае.

Для увеличения входного сопротивления в ДУ используют составные БТ (схема Дарлингтона) (рис. 7.6), полевые транзисторы или включение транзисторов по схеме эмиттерного повторите- ля. Схему включения двух БТ, как показано на рис. 7.6, можно рассматривать как один БТ со следующими пара- метрами:

Как следует из выражений (7.23)–(7.25), составной транзистор по сравне-

нию с одиночным транзистором обладает большими значениями коэффициента передачи по току, входного сопротивления и меньшим значением выходной про- водимости.

На рис. 7.7 показана схема ДУ на полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом. Основные параметры ДУ на полевых транзисторах рассчитывают-

101

При выборе схемы построения источника тока для конкретного примене- ния важно уметь определять его основные параметры, такие как внутреннее

и температурный коэффициент, равный отношению изменения тока нагрузки к изменению температуры, вызвавшего это изменение тока

Схема простейшего источника тока на БТ пред- ставлена на рис. 7.8. Ток нагрузки, включенной в коллек- торную цепь транзистора, равен его коллекторному току. Величина тока в этой схеме незначительно зависит от на- пряжения UКЭ , а значит, от значения сопротивления на-

грузки и напряжения источника питания.

Ток нагрузки в схеме задается сопротивлением резистора R Б :

102

Выражения для изменения тока нагрузки, вызванного изменением напряже- ния питания и изменением сопротивления нагрузки, можно получить путем сле- дующих рассуждений. При изменении напряжения питания на UИП напряжение

коллектор – эмиттер изменяется на такую же величину UКЭ = UИП , если в

первом приближении считать ток нагрузки постоянным:

UИП + UИП = IHRH + (UКЭ + UИП )= IHRH + (UКЭ + UКЭ ).

Небольшие изменения тока нагрузки, обусловленные изменением напряже- ния питания, можно определить, зная значение выходной проводимости БТ:

UИП = IHRH + UКЭ = IH (RH + RH )+ (UКЭ − IH RH )= = IH (RH + RH )+ (UКЭ + UКЭ ),

т.е. напряжение коллектор – эмиттер изменяется на величину

UКЭ = −IH RH .

Тогда изменения тока нагрузки, обусловленные изменением сопротивле-

Вторым недостатком этой схемы является сильное влияние температуры на величину тока нагрузки. Это влияние обусловлено зависимостью коэффици- ента передачи по току h21Э от температуры. Такое изменение можно описать

следующим выражением:

Дифференциальное сопротивление этого источника тока определяется выходной проводимостью БТ:

103

зависит от напряжения питания, то для изменения тока нагрузки, вызванного изменением напряжения питания, справедливо следующее выражение

если считать, что при изменении температуры наибольший вклад в изменение тока нагрузки вносит изменение напряжения UБЭ . Поскольку известна величи-

на температурного коэффициента напряжения эмиттерного перехода ТКНБЭ = DUБЭ DT » -2,2 мВ/°C,

то

если значение RЭ подставить в омах.

Дифференциальное сопротивление этого источника тока определяется

(см. рис. 7.6) к воздействию дестабилизирующих факторов реализован в схеме, которая показана на рис. 7.10. В данной схеме вместо отрицательной обратной связи используется термокомпенсирующий элемент. Это способ нашел широ- кое применение при реализации усилителей в интегральном исполнении, в ча- стности, рассмотренных далее операционных усилителей.

Напряжение UБЭ2 регулирующего транзисто-

ра VT2, а значит, и его ток базы, и ток нагрузки зада-

ется с помощью делителя напряжения R и транзи- стора VT1 в диодном включении.

104

этому данная схема называется «токовым зеркалом».

Если транзисторы имеют одинаковые параметры и одинаковую температуру, то изменения температуры будут приводить к одинаковым изменениям ВАХ транзи- сторов, и величина тока базы VT2 не будет зависеть от температуры. Причем изме- нения тока нагрузки, вызванные изменением температуры, будут определяться толь-

ко температурной зависимостью входных ВАХ транзисторов

В биполярном транзисторе имеется внутренняя обратная связь, т.е. зависи- мость напряжения UБЭ от напряжения UКЭ , или эффект Эрли. Частично устра-

нить это влияние в рассмотренном «токовом зеркале» можно путем включения в эмиттерные цепи транзисторов, как показано на рис. 7.11, резисторов с таким со- противлением, чтобы напряжения на них были больше UБЭ . В этом случае изме-

нение UБЭ , вызванное изменением UКЭ , оказывает пренебрежимо малое влияние на выходной ток. Величина выходного тока определяется выражением

Ослабить эффект Эрли в большей степени можно в схеме «токового зер- кала», показанной на рис. 7.12.

105