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

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