Дифференциальный усилитель с генератором стабильного тока

Схема ДУ с генератором стабильного тока на биполяр­ных транзисторах показана па рис. 7.9, а. Такую схему имеет интегральный ДУ типа К118УД1. ГСТ выполнен на биполярном транзисторе VT3. Режим работы транзи­стора и, следовательно, ток в его коллекторной цепи опре­деляются делителем R’R" в цепи базы VD и резистором термостабилизации R3 в цепи эмиттера.

Рис. 7.9. Схема ДУ с генератором стабильного тока (а) и

выходные характеристики токостабилизирующего транзистора (б)

В качестве диода VD в интегральных ДУ обычно используется транзистор в диодном включении.

Большое динамическое и малое статическое сопротив­ления ГСТ обусловлены характером зависимости кол­лекторного тока от коллекторного напряжения транзи­стора VT3, отображаемой выходными характеристиками БТ (рис. 7.9, б). При токе I_К0 и напряжении U_КЭ0 стати­ческое сопротивление равно R_c = U_КЭ0/I_К0, а динами­ческое r_i= 1/h_22э = ΔU_КЭ/ΔI_К. Ввиду малого наклона выходных характеристик к оси тока I_К при сравнимых значениях U_КЭ0 и ΔU_КЭ приращение тока ΔI_К значительно меньше его стационарного значения I_К0. Поэтому r_i » R₀.

В интегральных ДУ и интегральных усилителях других типов в качестве ГСТ широко используются диодно-транзисторные структуры, называемые отражателями тока или токовыми зеркалами.

Простейшая схема отражателя тока дана на рис. 7.10. Она содержит два идентичных БТ, у которых эмиттерные переходы соединены непосредственными связями.

Рис. 7.10. Схема отражателя тока натранзисторах типа n – p – n

При одинаковых площадях эмиттерных переходов транзисто­ров VT1 и VT2 эмиттерные токи I_Э1 и I_Э2 равны между собой, вследствие чего ток I₂ оказывается равным току I₁. Если первый каскад данной схемы считать входным, а второй — выходным, то из равенства I₂ = I₁ следует, что выходной ток I₂ повторяет или отражает входной ток I₁. Отсюда и название «отражатель тока» или «токовое зеркало». Отражатель тока является дуальной схемой по отношению к повторителю напряжения. Он имеет малое входное и большое выходное сопротивления.

Эмиттерные токи I_Э1 и I_Э2 отличаются друг от друга, если эмиттерные переходы транзисторов VT1 и VT2 на­ходятся под разными напряжениями U_БЭ1и U_БЭ2 или если площади эмиттерных переходов различны. Из этого сле­дует, что, изменяя геометрию транзисторов VT1 и VT2 или создавая различия в напряжениях эмиттерных персходовU_БЭ1и U_БЭ2, можно изменитькоэффициентпере­дачи отражателя тока.

Увеличение площади эмиттерного перехода транзи­стора VT2 достигается увеличением линейных размеров перехода этого транзистора или использованием в каче­стве VT2 многоэмиттерного транзистора (рис. 7.11, а). При этом для БТ типа п—р—п практически удается по­лучить коэффициент передачи в пределах 1. 10.

Чтобы создать различные напряжения на эмиттерных переходах, в эмиттерные цепи транзисторов включают резисторы R1 и R2 (рис. 7.11, б). Соответствующим вы­бором сопротивления резистора R2 можно получить коэф­фициент передачи отражателя тока в пределах 0,1. 0,9.

Рис. 7.11 Способы обеспечения требуемого

коэффициента передачи тока в токовом зеркале

Рис. 7.12. Схемы отражателей тока на транзисторах типа р—п—р

Ряд разновидностей отражателей тока может быть создан на БТ типа р—п—р. Например, отражатель тока, показанный на рис. 7.12, а, аналогичен отражателю тока, приведенному на рис. 7.10. Вместо многоэмиттерного транзистора в отражателях тока на БТ типа р—п—р для увеличения площади коллекторного ЭДП может исполь­зоваться многоколлекторный транзистор (рис. 7.12, б).

Основные свойства диодно-транзисторных структур зависят от идентичности входящих в них элементов, а также от возможности изменять геометрические размеры этих элементов. Свойства отражателей тока обусловлены технологией производства ИМС и не могут быть реализо­ваны в дискретной технике.

ДУ удобно использовать в качестве усилителей с регу­лируемым коэффициентом усиления. Регулировка коэффициента усиления осуществляется путем изменения на­пряжения базы одного из транзисторов VT1 или VT2 либо тока I₁ транзистора VT3 (см. рис. 7.9, а). В первом случае усиливаемый сигнал подается на базу транзистора VT3, а во втором— на базу одного из транзисторов VT1 или VT2 (база второго транзистора при этом соединяется с кор­пусом) .

Дата добавления: 2016-10-30 ; просмотров: 1082 | Нарушение авторских прав

Рассмотрим интегральную схему ДУ типа К118УД1.

ГСТ выполнен на биполярном тр-ре . Режим работы , а следовательно и ток всей коллекторной цепи определяются делителем , сопротивлением и диодом .

В качестве диода используется тр-р в диодном включении

Большое динамическое и малое статическое сопротивления ГСТ обусловлены характером зависимости

В интегральных ДУ и интегральных ГСТ широко используется диодно-транзисторные структуры, называемые отражателями тока или токовыми зеркалами.

Простейшая схема токового зеркала имеет вид.

Схема содержит два идентичных БТ. У уоторых соединены эмиттерные переходы.

При одинаковых площадях эмиттерных переходов тр-ов эмиттерные токи равны между собой, вследствии чего ток оказывается равным току .

Если 1 ый каскад считать входным, а 2 ой выходным, то повторяет .

Отражатель имеет малое входное и большое выходное сопротивление.

Эмиттерные токи отличаются друг от друга если эмиттерные переходы тр-ов находятся под разными напряжениями

или площади эмиттеров различны.

Чтобы создать различные напряжения в эмиттерные цепи включают сопротивления.

Подбирая эти с сопротивления можно получить коэффициент передачи тока отражателя в пределах 0,1…0,9.

Увеличение площади эмиттерного перехода транзистора позволяет получить коэффициент передачи тока отражателя в пределах 1…10.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома – страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8815 – | 7170 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

В настоящее время входные цепи операционных усилителей в подавляющем большинстве выполняются по схеме дифференциальных усилителей. По принципу построения это балансные (мостовые) усилительные каскады параллельного типа. Они обладают высокой стабильностью параметров при воздействии различных дестабилизирующих факторов, большим коэффициентом усиления дифференциальных сигналов и высокой степенью подавления синфазных помех. Дифференциальный усилитель – это широко известная схема, используемая для усиления разности двух напряжений. В идеальном случае выходной сигнал не зависит от уровня каждого из сигналов, а определяется только их разностью. Когда уровни сигналов на обоих входах изменяются одинаково, то такое изменение сигнала называют синфазным. Дифференциальный или разностный сигнал называют еще полезным. Хороший дифференциальный усилитель обладает высоким коэффициентом ослабления (подавления) синфазного сигнала (КОСС), который представляет собой отношение выходного полезного сигнала к выходному синфазному сигналу. Дифференциальные усилители используют в тех случаях, когда слабые сигналы можно потерять на фоне шумов. Примерами таких сигналов являются цифровые сигналы, передаваемые по длинным линиям (кабель обычно состоит из двух скрученных проводов), звуковые сигналы, напряжения кардиограмм. Дифференциальные усилители используются для построения входных каскадов операционных усилителей, которые являются базой современной аналоговой схемотехники. Дифференциальный каскад состоит из двух каскадов, у которых используется общий эмиттерный резистор (рис.11.15, а). Элементы схемы образуют мост (рис.11.15, б), в одну диагональ которого включен источник питания UПИТ, в другую – сопротивление нагрузки RН. Условие баланса моста, при котором его выходное напряжение равно нулю, определяется как RVT1RK2 = RVT2RK2. Нарушение этого условия приводит к разбалансировке моста и появлению выходного напряжения. Такой разбаланс может произойти, например, при изменении выходных сопротивлений транзисторов RVT1и RVT2, которые, в свою очередь, зависят от входных напряжений UВХ1 и UВХ2.

Рис.11.15. Дифференциальный усилительный каскад (а) и его схема замещения (б)

Если элементы схемы будут полностью идентичны, выходное напряжение при воздействии любых дестабилизирующих факторов, например, температуры, напряжения источника питания, приведут к одинаковым изменениям токов обоих транзисторов. В результате абсолютное значение выходного напряжения не изменится. На вход схемы подаются сигналы, один из которых – дифференциальный необходимо усиливать, другой – синфазный необходимо подавлять. Синфазный сигнал вызывает одинаковое изменение состояния транзисторов, следовательно, выходное напряжение при идентичности параметров плеч не будет изменяться, что обеспечивает подавление синфазной помехи. Дифференциальный сигнал вызывает приоткрывание одного из транзисторов и подзапирание второго, тем самым, вызывая появление напряжения на выходе схемы. В этом случае напряжения на входах имеют противоположные знаки. Поэтому приращения как коллекторного, так и эмиттерного токов также имеют противоположные знаки. Изменения коллекторных потенциалов обоих транзисторов, вызванные противоположными по знаку приращениями коллекторных токов, протекающих через соответствующие резисторы, приводит к появлению выходного напряжения ΔUВЫХ = ΔIK1RK1 – (-ΔIK2RK2) = RK (ΔIK1 + ΔIK2). На общем эмиттерном резисторе изменение эмиттерных токов даст соответственно приращение

ΔUЭ = RЭ (ΔIЭ1 – ΔIЭ2). Если параметры обеих половин дифференциального усилителя одинаковы, то ΔUЭ = 0. Напряжение ΔUЭ отражает действие в каскаде, выполненном по схеме с ОЭ, последовательной ООС по току нагрузки. Отсутствие этого напряжения говорит о том, что в полностью симметричном дифференциальном каскаде, как по постоянному, так и по переменному току действие ООС отсутствует. На основании сказанного можно сделать следующий вывод. Коэффициент усиления по напряжению дифференциального усилителя всегда больше, чем в каскаде на одиночном транзисторе. Сопротивление RЭ определяет коэффициент усиления дифференциального сигнала, чем меньше RЭ, тем больше коэффициент. С другой стороны, чем больше RЭ, тем меньше изменяются коллекторные токи транзисторов при воздействии возмущений (например, синфазных сигналов), тем больше КОСС. Для устранения этого противоречия в цепь эмиттера включают генератор стабильного тока на транзисторе (рис.11.16). Эта схема при небольшом статическом сопротивлении обладает большим дифференциальным сопротивлением, т.е. при небольшом падении напряжения имеет большое внутреннее сопротивление для переменных составляющих.

Идеальный генератор постоянного тока обладал бы бесконечным сопротивлением. Транзистор по своим свойствам приближается к идеальному генератору тока, поскольку его выходное сопротивление приближается к 100 кОм. Применение диода VD в нижнем плече делителя напряжения обеспечивает температурную компенсацию. Прямое напряжения на диоде падает с ростом температуры точно так же, как это имеет место с разностью напряжений между базой и эмиттером, так что в широком диапазоне температур приложенное к базе напряжение согласуется с тем, какое требуется транзистору для поддержания постоянного тока эмиттера. В интегральных микросхемах роль диода может играть точно такой же открытый переход база – эмиттер (транзистор с замкнутым накоротко коллектором и базой), что приводит к идеальному отслеживанию температурных изменений, такую схему называют токовым зеркалом.

Рис.11.16. Дифференциальный усилитель с генератором тока в эмиттерной цепи

Когда в эмиттерной цепи дифференциального усилителя включен генератор стабильного тока, можно дать простое качественное объяснение работы усилителя в целом. Входные сигналы не могут изменить суммарный ток в эмиттерной и коллекторной цепи, они могут только по-разному распределять его между транзисторами. Следовательно, синфазный сигнал не меняет коллекторных токов, и выходной сигнал не возникает. Сигнал на выходе появляется только в том случае, когда входные напряжения различны, при этом в один из транзисторов будет отводиться большая доля суммарного тока эмиттеров, чем в другой. Например, если увеличивается входное напряжение первого транзистора, увеличивается его коллекторный ток, уменьшается – у второго транзистора, соответственно уменьшается напряжение коллектора первого транзистора и увеличивается – у второго транзистора, выходное напряжение равно разности этих двух напряжений. В реальном усилителе из-за неизбежной асимметрии схемы происходит лишь частичная компенсация изменений выходного напряжения, вызванного действием внешних дестабилизирующих факторов. Недостатком рассмотренных схем усилителей постоянного тока является дрейф нуля – самопроизвольное изменение выходного напряжения. В первую очередь оно обусловлено несимметрией схемы. Все рассмотренные схемотехнические приемы направлены на улучшение параметров схемы. Для устранения дрейфа нуля используются усилители постоянного тока с преобразованием. В усилителях рассматриваемого типа входной постоянный или медленно меняющийся сигнал преобразуется (модулируется) в переменный сигнал повышенной частоты. Полученный сигнал усиливается с помощью усилителя переменного напряжения, а затем вновь преобразуется (демодулируется) в постоянный или медленно меняющийся сигнал. Частота переменного напряжения часто составляет десятки килогерц. Вследствие того, что в таких усилителях отсутствуют гальванические связи между каскадами, удается достичь высокого качества усиления, так как дрейф нуля в данной схеме отсутствует. Такие усилители могут использоваться в прецизионных устройствах. Еще одним достоинством усилителей постоянного тока с преобразованием является возможность изолировать входную и выходную части. К недостаткам таких усилителей относятся малый частотный диапазон и наличие импульсных помех от модуляторов, присутствующих в выходном сигнале.