Благодаря включению транзистора VT2 напряжение на коллекторе тран- зистора VT1 оказывается фиксированным и равным удвоенному напряжению UБЭ . Таким образом, эффект Эрли в транзисторе VT1 будет отсутствовать. Ток

нагрузки в схеме определяется коллекторным током транзистора VT3, который передается в нагрузку транзистором VT2. Выходной ток в этой схеме можно определить, пользуясь выражением

семейству выходных ВАХ полевого транзистора или с ис- пользованием известной их аппроксимации. Сопротивление резистора RИ по

заданному току стока (нагрузки) можно рассчитать, пользуясь формулой

7.6. Варианты реализации дифференциальных усилителей

На рис. 7.14 представлена схема ДУ с источником тока. «Токовое зерка- ло», задающее коллекторные токи усилительных транзисторов VT1 и VT3, соб- рано на транзисторах VT2 и VT4. Сумма коллекторных токов определяется вы-

ражением

Параметры этого ДУ рассчитываются согласно тем же формулам, что и для классической схемы ДУ (рис. 7.1), в которых вместо сопротивления R ис- пользуется дифференциальное сопротивление «токового зеркала».

На рис. 7.15 приведена схема ДУ с динамической нагрузкой, которой является простейшее «токовое зеркало», выполненное на транзисторах VT1, VT2. В данном случае снимать сигнал можно только с коллектора VT4. При-

106

чем база VT3 является неинвертирующим входом, а база VT4 – инвертирую- щим.

Представленные выше выра- жения получены при работе ДУ в режиме холостого хода на выходе. При проектировании ДУ коллекторные токи его транзисторов необходимо выби- рать из условия IК > 10IН . В этом случае погрешность расчетов не будет пре-

вышать 10 %.

107

7.7. Практическое занятие

Цель:

1.Изучить основные характеристики и параметры ДУ.

2.Выполнитьинженерный расчетДУи рассчитатьегоосновныепараметры.

3.С помощью пакета OrCAD провести анализ характеристик ДУ и иссле- довать влияние элементов схемы на его основные характеристики.

Порядок выполнения задания:

1.Провести инженерный расчет элементов принципиальной схемы классиче- ского ДУ (рис. 7.1) и ДУ с источником тока (рис. 7.14). Исходные данные для рас- чета приведены в табл. 7.1. Параметры транзисторов приведены в прил. 3.

2.По результатам расчета элементов принципиальных схем ДУ провести

расчет его основных параметров: Ku диф , Ku СС , Ku ОСС , Rвх диф , Rвых диф , Rвх СС , Rвых СС . Результаты расчетов свести в таблицу.

Таблица 7.1

Исходные данные для расчета ДУ

3. Выполнить анализ рассчитанных ДУ с использованием пакета OrCAD.

3.1.Создать документ Schematics, содержащий принципиальную схему рассчитанного ДУ, на входы которого подается дифференциальный сигнал (рис. 7.17). В качестве источников питания V1 и V2 необходимо использовать источники постоянного напряжения VDC, а в качестве источника входного на- пряжения V3 – источник VSIN, что позволит выполнять любые виды анализа ДУ. Задать следующие значения параметров источника V3:

DC = 0V; AC = 1mV; VOFF = 0V; VAMPL = 1mV; FREQ = 1kHZ.

Как показано на рис. 7.17, присвоить выходному узлу схемы (коллектор VT2) метку Out и подключить к нему маркер напряжения.

3.2.Выполнить расчет схемы по постоянному току. Сравнить постоянные то- ки и напряжения ДУ, полученные в результате машинного расчета, с исходными данными и результатами инженерного расчета.

108

Обеспечивается ли требуемый режим покоя? Чем можно объяснить разли- чие результатов инженерного и машинного расчетов?

3.3. Выполнить расчет схемы по постоянному току для других значений тем- ператур – 47 и 67 °С. Определить изменения токов и напряжений при изменении температуры. Значения температуры следует задавать в окне, соответствующем разделу меню Analysis/Setup/Temperature.

3.4. Определить параметры ДУ для дифференциального сигнала Ku диф , Rвх диф , Rвых диф , выполнив расчет передаточных функций по постоянному току

(Transfer Function). В окне задания передаточных функций в качестве входного ис- точника (Input Source) необходимо определить V3, а в качестве выходной перемен- ной – напряжение на выходе ДУ V(Out). Результаты расчета можно просмотреть в разделе SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS выходного файла.

Сравните полученные значения с результатами инженерных расчетов. Чем можно объяснить различие результатов инженерного и машинного расчетов?

3.5. Выполнить расчет АЧХ ДУ для трех значений температуры – 27, 47, 67 °С. Для этого необходимо задать следующие значения параметров режима расчета АЧХ (AC Sweep): характер изменения частоты – декадами (Decade); начальное значение частоты (Start Freq.) – 1HZ; конечное значение (End Freq.) – 1GHZ; количество точек на декаду (Pts/Decade) – 10. Указанные зна- чения температур необходимо задать в окне расчета характеристик для различ- ных температур (Temperature). По графикам определить значения Ku диф и fгр

для трех температур.

Чем обусловлены изменения этих параметров с ростом температуры?

3.6.По форме выходного сигнала определить максимальную амплитуду неискаженного выходного сигнала частотой 1 кГц, выполнив анализ во времен- ной области (Transient) для четырех значений амплитуды входного сигнала – 1, 10, 100, 1000 мВ.

Для этого необходимо установить следующие значения параметров ре- жима Transient: шаг вывода данных (Print Step) – 0.01m; конечное время рас- чета (Final Time) – 10m; шаг интегрирования (Step Ceiling) – 0.01m.

С помощью элемента Param (библиотека special.slb) задать глобальный параметр с именем, например, «a» и значением 1mV и присвоить амплитуде ис- точника V3 его значение.

Задать следующие параметры режима многовариантного анализа Parametric: выбрать изменение глобального параметра (Global Parameter); указать имя варьируемого параметра (Name), в данном случае – a; задать тип измене- ния параметра в виде списка (Value List); записать требуемые значения гло- бального параметра (1m 10m 100m 1000m) в строке Values.

Сравните полученное значение с напряжением питания.

3.7.Создать документ Schematics, содержащий принципиальную схему рассчитанного ДУ, на входы которого подается синфазный сигнал (рис. 7.18).

3.8. Определить параметры ДУ для синфазного сигнала Ku СС , Rвх СС , Rвых СС , выполнив расчет передаточных функций по постоянному току

109