книги / Элементы расчета полупроводниковых усилителей

рают с некоторым запасом, принимая напряжения Щзтз' и

равными 0,3-0,4 В для германиевых и 0,7-0,8 В для кремниевые транзисторов. Обычно расчетное значение l/д больше, чем может

обеспечить один диод, поэтому в реальных усилителях включаетоя цепочка из двух-четырех последовательно включенных диодов. Точ­ ное значение тока 10 устанавливается при регулировке усилителя

путем изменения сопротивления резистора, шунтирующего цепочку диодов. Бели вместо диодов использовать только одно активное сопротивление, то ухудшается симметрия, так как величина воз­ буждающего напряжения на базах ТЗ' и ТЗ" оказывается различной. Это объясняется тем, что сопротивление резистора , обеспечива­ ющего необходимое начальное смещение, обычно значительно боль­ ше дифференциального сопротивления диодов. Прйленение диодов позволяет также добиться частичной термокомпеноации оконечного каскада. Напряжение на переходах транзисторов оконечного каска­ да уменьшается о повышением температуры, что при постоянстве вмещающего напряжения вызвало бы значительное увеличение тока покоя. Но так как источником смещающего напряжения является один или несколько диодов, напряжение на которых также умень­ шается, то ток покоя 10 возрастает в значительно меньшей сте­ пени. Термокомпеноация будет наиболее полной при одинаковых ТКН ( £ » - /,8—2,2м^вС) и равенстве температурных режимов диодов и транзисторов. Для выполнения последнего условия диоды должны располагаться на теплоотводе оконечных транзисторов и иметь с ним хороший тепловой контакт.

Резиоторы Ш2 , ШЗ , включенные в цепи эмиттеров оконечных транзисторов, выполняют ряд функций. Во-первых, они дополни­ тельно термостабилизируют режим работы оконечного деокада, по­ этому сопротивление желательно увеличивать. С другой отороны,

91

Принципиальной оообенноотью такого усилителя являетоя исполь­ зование различных схем включения транзисторов оконечного квака­ ла. Транзисторы верхнего плеча.( образуют составной эмиттерный повторитель о коэффициентом передачи К'< f , тогда как нижнее плечо предотавляет собой двухкаокадный уоилитель о включением по схеме ОЭ, упрощенная схема которого по переменно­ му току приведена на рис.54.

Так как два каскада по схеме ОЭ дают фазовый сдвиг, равный 2% , то из схемы следует,что

~Щыя •

аэто означает, что нижнее

плечо оконечного каскада охвачено стопроцентной по­ следовательной СЮС по на­

пряжению. Следовательно, коэффициент передачи нижнего плеча меньше I и определяется из выражения

Кгв»КТ)»

1+ Kr2iKrti

Используя усредненные значения малосигнальных параметров

транзисторов, можно приближенно оценить порядок величины К"

сопротивления резистора R7 , т.е. глубины местной ООСТН в предоконечном каскаде. Это обстоятельство используется для ДОС

93

тихения наибольшей оимметрш БУМ, что можно контролировать по минимуму нелинейных искажений. Основываясь на усредненных пара­

метрах транзисторов, предназначенных для работы в подобных уси­

лителях, можно оделать вывод, что в большинстве случаев измене­

ние сопротивления резиотора R7 в диапазоне от нуля до 100 Ом позволит обеопечить значение К" * 0,85-0,9, ооответотвупцее

значению коэффициента передачи верхнего плеча. Глубокая 00С, ох­ ватывающая нижнее плечо оконечного каскада, способствует также

напряжение на коллекторе Г/ и, следовательно, на выходе усили­ теля в режиме покоя. Это напряжение для достижения наибольшей неискаженной мощности должно быть равно Ек . Общая 00С парал­ лельного типа, стабилизируя зто напряжение, онижает также вход­ ное сопротивление усилителя. Для достижения выоокого Rgx БУМ должен .быть охвачен общей ООСНН, что возможно при введении в

охему еще одного каскада предварительного усиления, аналогично­ го, например, первому каскаду схемы рис.51.

Дифференциальные (ДУ) и операционные усилители (ОУ)

В оамых разнообразных по целевому назначению усилителях ши­ рокое применение нашли м^Мкряяцяяльнна кяокапн. Эти схемы об­ ладают симметричным по отношению к общему проводу (корпусу)

Входом и выходом, могут выполнять функции уоиления, смешения. 94

детектирования, сравнения и ограничения сигналов в диапазоне ча­

стот от 0 до нескольких оот мегагерц.Схема простого Д7,изображен­

ная на рио.55, соотоит из двух симметричных половин, образущих

M O O T , уравновешенный при

~Rk2 и полной идентичности па­ раметров транзисторов. Послед­ нее требование наиболее труд­ новыполнимое, так как для дос? тижения высоких показателей ДУ допустимое рассогласование в параметрах и характеристиках транзисторов не должно пре­ восходить нескольких процен­

тов. Широкое применение ДУ в аналоговой схемотехнике стало воз­ можным только в результате достижений микроэлектронной техноло­ гии, обеспечиващей степень симметрии ДУ, недостижимую при их

реализации на дискретных элементах.

Источник £ г и резиотор Ra образуют ГСТ-генератор стабиль­

ного (эталонного) тока I0I3 i+ 133~ 213 . ДУ очень чаото исполь­ зуются во входных каскадах более сложных усилителей, например операционных. Для обеспечения высокого входного сопротивления транзисторы ДУ работают в микрорежиме, когда ток имеет значение

порядка 50-100 мкА. Пленарная технология изготовления транзис­ торов обеспечивает в таком режиме значенияуЗ»50-200, в резуль­ тате чего Igx не превышает неокольких микроампер, a Rgx до - отигает значений 100-300 кОм. При работе ДУ его входной ток аамыкается через внутреннее сопротивление источника сигнала Rr

поэтому величина тока 10 при условии, что для кремниевого

транзистора напряжение Ugt K 0,7В , может быть определена, как

г£г~ 0?

1° Т 7 Ж Г

а потенциалы на выходах ДУ равны

Сигналы на входы ДУ могут быть поданы двумя принципиально различными способами, как показано на рис.56.

пряжений между входами называется дифференциальным коэффициен­

том усиления _

коэффициенты усиления по инвертирующему и неинвертирующему вы­

При выполнении вышеуказанного неравенства коэффициенты Ки

и Кт оказываются практически равными величине

jiRK л J3RK

сигнала является.дифференциальным, т.е. имеет среднюю точку, соединенную с корпусом.

На рио.56,6 на входы ДУ подается один и тот же сигнал 6 ^ называемый в таком случае оинфазным. Он стремится изменить эмиттерные и коллекторные токи транзисторов в одном яапраале-

нии. При идеальном ГСТ это невозможно, а при конечном значении

R3 на выходах ДУ появляется инвертированный и очень ослаблен­

ный отклик на синфазный сигнал. Значительное оолабление синфаз­ ного оигнала можно объяснить с помощью эквивалентной схема для

фазного сигнала. Воли на нходах ДУ одновременно дейотиуют диф­

ременному току значительно превышает его статическое сопротив­ ление, можно обеспечить эквивалентное значащие Ь порядка 100-500 кОм при напряжениях источника £г в 6-15 В. Схема тако­ го варианта ДУ приведена на рио.57.

требуемые значения Ra

Для уменьшения температурной зависимости такого ГС&последоватедьно о № включают компенсирующий транзистор 7*4 в диодном

включении. При равенстве ТЕШ эмиттерных переходов транзисторов

ГЗ , Tk обеспечивается постоянство напряжения на реэиоторе Ri

и, следовательно, тока 1в .

Ппвпятгапнный усилитель - широкополосный усилитель постоянно­ го тока о дифференциальным входом и большим коэффициентом уси­ ления. При разработке в интегральном исполнении стремятся к дос­ тижению значений характеристик и параметров, обеспечивающих ши­ рокое применение 07 в самых разнообразных радиоэлектронных устройствах.

Структурная схема типового 07 прямого усиления (без преобра­ зования сигнала) приведена на.рис.58.

Рис.58

Качество и стабильность всего 07 в целом в значительной мере определяется входным Д7. Для достижения большого входного сопро­ тивления для дифференциального сигнала входной Д7 работает в режиме микротоков и обладает при этом небольшим усилением. Пред­ варительный усилитель (П7) включает в себя дифференциальный кас­ кад, обеспечивающий значительное (100-200) уоиление, схему све­ дения дифференциального выходного сигнала к одиночному и схему сдвига уровня, обеспечивающую "привязку" выходного уровня в ре­ жиме покоя к нулевому уровню. Усилитель мощности (УМ) оконча­ тельно (формирует уровень выходного сигнала и, обладая малым вы-