Вопрос 18

Дифференциальный каскад на МДПТ. R_н

I₁ I₂

U₁ U₂

I₀

При помощи упрощения схемы по теореме бисекции получаем усилитель

с ОИ для дифференциального и синфазного сигнала, запишем сразу коэффициент

усиления через передаточную проводимость ДУ g_f для схемы с активными нагрузками:

R_н = 1/g₀₂  1/g₀₄,

Оценим численные значения параметров КМДП ДУ:

~ 2000

T3 T4

U_вых=U₀₁

U₁ T1 T2 U₂

- U

Вопрос 19

Способы улучшения характеристик ДУ. Основные характеристики ДК:

• напряжение смещения U_0см;

• входные токи I_{вх1, вх2};

• входное сопротивление R_вх;

• коэффициент усиления дифференциального и синфазного сигнала А_uдиф, А_Uсинф;

• КООС;

• частотные характеристики.

Для увеличения коэффициента усиления ДУ и улучшения стабильности его

работы известны несколько основных схемотехнических приемов.

Простой способ увеличения коэффициента усиления по напряжению – использовать каскадное соединение, ввести еще один ДК, но при этом, как будет показано ниже, увеличивается фазовый сдвиг. Рассмотрим несколько примеров улучшения характеристик ДУ.

1. Напряжение смещения нуля связано с разностью падений напряжений на р-п-переходах входной пары транзисторов вследствие чего через них протекают разные эмиттерные (коллекторные) токи.

- Рассогласование коллекторных токов можно снизить, применяя эмиттерные сопротивления (эмиттерная отрицательная обратная связь, см. схему (1). При этом, правда, уменьшается эффективная крутизна каскада, его коэффициент усиления. Заметим, что рассогласование собственно эмиттерных сопротивлений может ухудшить согласование коллекторных токов. Для согласования коллекторных токов на 1% требуется согласованность эмиттерных сопротивлений гораздо лучше этой величины.

- Включение эмиттерных сопротивлений (использование ТКН и ТКР разных знаков) также улучшают температурную стабильность ДУ (до +/-3-10 мкВ/град).

R_K

I₄ I₀

R_Б I₂

R_Э

R1 (1) (2)

- Вставляют R_Э (около 70 Ом) и для снижения U_K из-за эффекта модуляции ширины базы:

,

Но входное сопротивление снижается от 250 до 50ком,

А_Uдиф = R_K/2(R_Э +r_Э)  30-100,

А_Uсинф = -R_K/(2R₁+R_Э)  0,5

2. Использование активной нагрузки (токового зеркала схема (2)) в качестве коллекторной нагрузки. Нагрузочным сопротивлением служит выходное сопротивление источника тока мегаOмного порядка величины.

I₄ I₀

I₂

(2)

Запишем уравнение для суммы токов выходного узла

Такой вариант схемы ДУ обеспечивает высокое значение сопротивления нагрузки, благодаря этому коэффициент усиления достигает 5000 и выше (без внешней нагрузки, которая должна иметь большой импеданс).

2. Использование переключающих составных транзисторов Дарлингтона, либо комплементарного варианта схемы Шиклаи, (схема (3)) позволяет увеличить входное сопротивление до 10-20 МОм и снизить входные токи до 5-10 нА, но при этом хуже согласование. Составные транзисторы лучше по I_вх, R_вх (с коэффициентом ²).

При использовании составных транзисторов повышаются требования к их идентичности, поскольку ухудшается напряжение смещения нуля (согласовываются 2U_БЭ). Частотные характеристики такой схемы тоже будут хуже.

(3)

4. Лучший вариант составных входных транзисторов – их каскодное включение. Схема (4) показана для половины ДК.

Выше показано, что в каскодных схемах больше полоса пропускания.

+15

R_н

(4)

выход

+3 Т2

I_K

R_и

Т1

вход

Используя усилительный каскад ОЭ-ОБ можно устранить эффект Миллера, или. Введение транзистора Т2 позволяет ликвидировать проходную емкость между входом и выходом, поэтому к выходному узлу продсоединена только емкость С_КБ , в предыдущих схемах ее величина в (А_U+1) раз больше.

Кроме того, каскоды дают хорошие результаты и для повышения точности согласования плеч ДК.

К недостаткам каскодного варианта ДУ относится снижение коэффициента усиления и увеличение площади усилителя.

5. Стабильность работы ДУ можно повысить, используя для запитки входных транзисторов источники тока в каждой цепи (Э,Б,К). Такие схемы отличает низкий КООС, в них много входных транзисторов, растут аппаратные затраты и потребляемая мощность.

Схемотехнические варианты построения ДУ, показанные выше, обусловлены, главным образом, требованиями ко входным каскадам операционных усилителей ОУ.