Расчет КООС.

Gf max = I0/4jT.

Поскольку номиналы резисторов равны

A_U_{диф =}= ÷g_fR2÷ = A_U_диф_max½_U_диф=0 = - aI₀R1/j_T_,

Итак, в общем случае, схему ДУ можно представить как блок с передаточной

Проводимостью, формирующий усиление на некотором сопротивлении нагрузки.

Если 2U_D = U₁ - U₂ , U_Б1g_fU_D U₀₁

A_U1 = U₀₁/U_D = -g_fR_н,

A_U2 = U₀₂/U_D = g_fR_н. U_D g_f(U₁-U₂) R_н

g_f = I₁I₂/(I₀j_T), g_{f max} = I₀/4j_T,

I₀ = I₁ + I₂ U_Б₂ g_fU_D

U₀₁=-g_fR_нU_D U₀₂ R_н

U₀₂=g_fR_нU_D.

A_U_диф = g_fR_н= I₁I₂R_н/(I₀j_T) ~ п*10².

Покажем, что в ДУ с симметричным выходом коэффициент усиления в 2 раза выше:

g_fU_D

A_U = U₀/U_D

R_н = 2R_нôêR_вх, R_н

A_U = -g_f/(G_н/2 + G_вх)» -2g_fR_н. UD g_fU_D U₀= -2g_fR_нU_D

R_н

Теперь получим выражение для передаточной проводимости по синфазному

сигналу:

Коэффициент усиления по синфазному сигналу

A_Uc_/ф = g_f_с/фR_н.

Подставим полученные выражения в формулу для определения КООС и оценим

его численно для максимальных значений токов:

Получили количественное подтверждение подавления синфазных сигналов

(синфазных помех), что и определило широкие области применения ДУ.

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 DU_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

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).

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 DI_вх, R_вх (с коэффициентом b²).

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 каскодноевключение. 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.

I_Б

I_Б I₀

(5)

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

Ниже показана схема распространенного варианта ДУ, который мы в дальнейшем будем изучать в качестве входного каскада типового операционного усилителя: