Главная страница  Транзисторные схемы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 [ 149 ] 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223


п-р-п

так и для реализации многих вспомогательных функций (балансировка, стабилизация, согласование), обеспечивающих улучшение качественных показателей схемы.

В дискретных ДК многие из таких решений нерациональны. Тем не менее, целесообразно ознакомиться с современными схемами и параметрами ДК независимо от того, что они свойственны прежде всего интегральному исполнению, специфика которого в данной книге не затрагивается.

Главные проблемы, которые решались при усовершенствовании ДК, состояли в следующем: увеличение входного сопротивления, коэффициента усиления и коэффициента подавления синфазного сигнала, с одной стороны, и уменьшение разбалансов входного напряжения и входного тока и их температурных коэффициентов - с другой. Кроме того, в последнее время уделяется большое внимание улучшению частотных и

переходных свойств ДК; однако достижения в этой области неспецифичны для ДК: они связаны с общим усовершенствованием технологии транзисторов (уменьшением толщины их базы и площади).

Для повышения коэффициента усиления согласно (14-6) требуется прежде всего увеличивать сопротивление коллекторной на- грузки Rk (считая, конечно, что /? /? ). При использовании обычных резисторов увеличение R сопровождается увеличением падения напряжения а значит, и увеличением напряжения питания. Поэтому широкое распространение получили динамические нагрузки в виде выходных сопротивлений транзисторов, включенных по схеме ОБ или, чаще, ОЭ. Пример такой нагрузки показан на рис. 14-3 в виде транзисторов и Т. В последнее время используются также выходные сопротивления полевых транзисторов, работающих в области насыщения (на пологом участке, см. рис. 5-18).

Использование микрорежима (т. е. резко пониженных токов / ) позволяет увеличивать номиналы коллекторных сопротивлений, но не приводит к росту коэффициента усиления, так как с уменьшением тока резко возрастает сопротивление Гд, стоящее в знаменателе (14-6). Однако микрорежим обеспечивает существенное увеличение входного сопротивления согласно (14-7), поэтому он все же получил широкое распространение в ДК.


Рис. 14-3. Усовершенствованная схема дифференциального каскада.



Увеличение коэффициента подавления требует прежде всего увеличения токозадающего сопротивления [см. (14-12) и (14-13)]. В этом направлении возникают те же трудности, что и при увеличении коллекторных сопротивлений, поэтому и решение проблемы по аналогии состоит в использовании динамических нагрузок. В данном случае их называют источниками тока. На рис. 14-3 роль такого источника тока играет транзистор Т. Его выходное сопротивление можно оценить по формуле (7-23) с учетом резистора R, в эмиттерной цепи. Обычно сопротивление /?вых близко к величине Гк, которая в микрорежиме согласно (4-24) может иметь значение до 10 МОм и более. Задаваемый ток можно оценить из соотношения

--r;

где для кремниевых транзисторов ~ 0,7 В.

Напряжение разбаланса и его температурный коэффициент, как и в простейшей схеме, уменьшают регулировкой коллекторных и эмиттерных резисторов (см. предыдущие параграфы).

Что касается входного тока и его разбаланса, то их уменьшение достигается как путем уменьшения коллекторных токов (микрорежим), так и путем увеличения коэффициента р (использование составных и супербета-транзисторов, см. § 4-10 и с. 240). На рис. 14-3 иллюстрируется использование составных транзисторов - пар Дарлингтона, каждая из которых обозначена как единый прибор. Согласно (14-20) вместе с уменьшением рассматриваемых параметров уменьшаются и их температурные коэффициенты.

В последние годы во входных ДК многокаскадных усилителей все шире используются полевые транзисторы (унитроны), которые обеспечивают очень малые входные токи (до 1 нА и менее), малые токи разбаланса (до единиц пикоампер), а также весьма высокие входные сопротивления (сотни мегаом). Однако при этом нерешенной проблемой остается сравнительно большое напряжение разбаланса, особенно в интегральных схемах, где исключен подбор транзисторов. Кроме того, полевые транзисторы, как известно (см. гл. 5), не обеспечивают таких высоких коэффициентов усиления, как биполярные.

В заключение приведем некоторые типичные параметры современных (многотранзисторных) ДК:

Напряжение питания Ек..............12 В

Ток коллектора /к.................. 20-50 мкА

Коэффициент усиления Кд. д............50-100

Коэффициент подавления к ............ 80-100 дБ

Коэффициент подавления К*............ 60-70 дБ

Входное сопротивление /?вх. д............ 0,5-1 МОм

Входное сопротивление Rx. у ...........10-100 МОм

Напряжение разбаланса Up............. 1-5 мВ

Дрейф напряжения разбаланса Up.........3-ЮмкВ/град

Сррдний входной ток /вх. ср ............10-100 нА

Ток разбаланса /р..................0,5-5 нА



Для сравнения укажем, что п р о с т е й ш и й ДК (рис. 14-1) характеризуется параметрами: /Сд.д = 20 -г- 50; /( = 50 60 дБ,

Рвх.д = 10 20 кОм,

/,;,р = 5 20

мкА, / = 0,5 -ь 1 мкА.

Как видим, прогресс в отношении коэффициента подавления и входных величин весьма значителен.

14-6. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Дифференциальные каскады часто используют в измерительных схемах, когда нужно измерить разность потенциалов между двумя незаземленными точками. Однако наиболее широкое применение ДК нашли в операционных усилителях, особенно интегральных.

Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и однотактным выходом


---1

вых - -

Рис. 14-4. Блок-схема операционного усилителя.

/ - инвертирующий вход; 2 - иеиивертирую-щий вход.

(рис. 14-5), имеющий весьма высокие коэффициент усиления и входное сопротивление.

Наличие дифференциального входа не означает необходимости работать только с дифференциальными сигналами, симметричными относительно земли. Один из входных зажимов можно заземлить, подавая сигнал на второй зажим от заземленного источника. В таком режиме различают инвертирующий и неинвертирующий входы, в зависимости от того, находится ли входной сигнал в противофазе или в фазе с выходным (рис. 14-4).

Типовым является использование ОУ в реэюиме параллельной отрицательной обратной связи по напряжению. На рис. 14-4 элементы цепи обратной связи - резисторы и R, причем R включает в себя сопротивление источника сигнала.

Из очевидных соотношений

fr = t/ -f/,/?2; i/Bb,x = -/lPl + fBx; /bx = =/2-/i

легко получить коэффициент усиления ОУ с обратной связью:

-R1IR2

Ко. г =

)

(14-21 а)

где /С = 1/вых/вх1 - коэффициент усиления ОУ без обратной связи.

Из полученного выражения ясно видна причина, по которой стремятся увеличивать параметры К и R. при этом уменьшается



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 [ 149 ] 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.