6.3.2. Схемные построения на эммитерно-связанных транзисторах

Широкое распространение в аналоговых схемах, выполненных как по интегральной, так и по дискретной технологиям находят схемы эммитерно- связанных транзисторов (рис.6.8.а).

Основа этой схемы это пара транзисторов VT1и VT2идентичных по своим параметрам. На базе этой схемы строятся устройства не только усиления, но и перемножения сигналов регулировки усиления, функционального преобразования сигналов. Эта схема является основным звеномУПТ. Рассмотрим режимы работы этой схемы на постоянном токе.

Типовое построение схемы со связанными эммитерами предполагает использование двух источников питания E_п⁺и E_п^-. При анализе схемы на постоянном токе, узлы схемы: идентичность параметров транзисторов,R_k1=R_k2; имеем:

;(6.1)

Основным токозадающим источником питания является E_п^-. Тогда:

.

Например:НайтиR₀ .

Если схема питается от одного источника питания, то тогда потенциал на базы транзисторов задается через резистивный делитель (рис.6.8.б). (R₁R₂ R₃R₄), гдеR₁=R₃ R₂=R₄. Т.е. потенциалыU₀₁ иU₀₂ выравнивают, обеспечивая их равенство. Для этой схемы:

,

где ток в цепи делителя R₁R₂илиR₃R₄выберем много большеI_б.три исходя из этого рассчитываемR₁ иR₂ (R₃ иR₄). Выравнивание потенциаловU₀₁ =  U₀₂связано с тем , что подобная схема очень чувствительна к разности потенциалов. Это приводит к тому, чтоI_k01  I_k02. Т.е.практически полностью исключает симметричность схемы на постоянном токе. Т. е. один транзистор оказывается запертым, а второй теряет свойства усиления сигнала.

Допустим: ;.

Для схемы рис.6.8 

.

При условии, что m=1, аU_бэ2 -U_бэ1=U₀, и

, значит :.

Пример. (рис.6.8.б) Из-за разброса базовых делителейОпределим как это скажется на распределении токамежду транзисторамиVT1 и VT2.

Решение:

Тогда :

Снижение влияния разбаланса потенциалов между базами транзисторов(U₀)на работу каскада (рис.6.8) может быть достигнуто за счет введения в эммитерные цепи транзисторов дополнительных резисторовR _f(рис.6.9).

Известно, что введение резисторов в эммитерную цепь транзистора линеаризует переходную характеристику транзистора, а это позволяет неискаженно передавать входные сигналы повышенной интенсивности. (рис.6.10). Эти графики построены в соответствии с соотношениями:

, приа также. Построение последнего основано на учете того, что :

При этом считаем, что естьI_k0 ,I_k02 =I₀-I_k01. Чем выше отношение, тем выше линейность. Однако включениеR _fснижает передаточные свойства каскада (коэффициент усиления) враз.

Учитывая то обстоятельство, что каскад на эммитерно-связанных транзисторах имеет два входа и два выхода, возможно несколько вариантов использования этого каскада. Например:

1. Один вход и один или оба выхода (фазоинверторы).

2. Оба входа и один или два самостоятельных выхода (дифференциальное управление по входам).

3. Оба входа и оба выхода (дифференциальное управление по входам и дифференциальный съём сигнала по выходам).

Рассмотрим эти модификации.

6.3.3. Фазоинвертор на эммитерно-связанной паре транзисторов.

Под фазоинвертором (ФИ) понимается схемное построение каскада, задачей которого является формирование из одиночного сигналаU_вх.двух противофазных сигналов равных амплитуд.

Электрическая схема ФИ представлена на рис.6.11.

Эта схема представляет собой каскад, построенный на эммитерно-связанной паре транзисторов (VT1, VT2). В коллекторную цепь этих транзисторов включены резисторы нагрузкиR_k1иR_k2. Протекание тока через эти резисторы обеспечивает падение потенциала на них. При этом выходной потенциал (U_вых1) на коллектореVT1противоположен по фазе входному сигналу (U_вх), а на коллектореVT2 (U_вых2) совпадает по фазе сU_вх.

Основное требование , которое предъявляется к ФИ является равенство. Для этого необходимо, чтобыи(коэффициенты передачи со входа к первому и второму выходам).

Рассмотрим K₁и K₂, их зависимость и зависимостьU_вых1 иU_вых2от параметров схемы.

Разбиваем схему на два каскада, где первый каскад включен по схеме о ОЭ, а второй по схеме сОБ.

предполагает наличие дополнительного резистора в эммитерных цепяхVT1 иVT2.Вспомним соотношение дляKкаскада сОЭ:

(6.5)

Пир наличии резистора в эммитерной цепи транзистора:

, где(6.5)

- резистивный элемент в цепи эммитера первого транзистора.

Поскольку в (6.5)g₂₁>>g₂₂, а, значит:

, (6.5)

где ,, так как.

Тогда: . Подставляя это в (6.5) получим:

(6.5)

Рассмотрим K₂:

, где

, где

.

; т.к..

Тогда:

(6.6)

Учитывая, то обстоятельство, что обычно:

, из (6.5), (6.6)

Имеем :

(6.7а)

Соотношения (6.5)-(6.7а) получены с учетом того, что в цепи эммитеров VT1иVT2отсутствуетR _f. Если подобные резисторы присутствуют, тоg₂₁заменим на.

Следовательно введя в g_{21. f}(6.7а) имеем:

(6.7б)

Т.е. введенное R _fснижает коэффициент усиления враз.

Важной характеристикой ФИявляется степень различияU_вых1 иU_вых2 . Это различие определяется в первую очередь различиемK₁и K₂. В качестве меры различия обычно выбирают разность:

(6.8)

Учитывая (6.5) и (6.6) получим:

(6.9)

Несовпадение K₁и K₂объяснено на основании рассмотрения эффектов разветвления и передачи сигнальных токов в узлах и звеньях схем на эммитерно-связанных транзисторах (рис.6.12).

На рис.6.12 приведена схема ФИ с распределением токов и коэффициентов передачи и ответвления. При этом в схеме сОЭкоэффициент усилеиня по току равен.

В схеме с ОК+

В схеме с ОБ , следовательно при

;

- коэффициент ответвления тока в узле3.

Т.е. можно видеть, что части ответвляемого сигнального тока в двухполюснике R₀приводит к тому, чтоU_вых2  U_вых1, т.к.<1

.

Из этого соотношения видно, что для уменьшения доли различия U_вых1 иU_вых2, необходимо чтобыстремилось к единице, а это влзможно при увеличенииR₀. Однако увеличенииR₀влечет за собой уменьшениеi_k, что ведет за собой ухудшение усилительных и частотных свойств каскада. Для уменьшения влияния используют транзисторные генераторы стабильного тока (ГСТ).ГСТ создает требуемую величину тока при умеренномE_п. В тоже времяГСТобладает большим дифференциальным сопротивлением , отсюдастремиться к единице. Т.к. существенно уменьшается доля сигнального тока, ответвляемого в двухполюсник, отсюда уменьшается доля различия междуU_вых1 иU_вых2.