Расчет КООС.


Gf max = I0/4jT.

Поскольку номиналы резисторов равны

AUдиф = = ÷gfR2÷ = AUдифmax½Uдиф=0 = - aI0R1/jT,

 

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

Проводимостью, формирующий усиление на некотором сопротивлении нагрузки.

 

Если 2UD = U1 - U2 , UБ1 gfUD U01

AU1 = U01/UD = -gfRн,

AU2 = U02/UD = gfRн. UD gf(U1-U2) Rн

gf = I1I2/(I0jT), gf max = I0/4jT,

I0 = I1 + I2 UБ2 gfUD

U01=-gfRнUD U02 Rн

U02=gfRнUD.

 

AUдиф = gfRн= I1I2Rн/(I0jT) ~ п*102.

 

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

gfUD

 
 


AU = U0/UD

Rн = 2RнôêRвх, Rн

AU = -gf/(Gн/2 + Gвх)» -2gfRн. UD gfUD U0= -2gfRнUD

       
   
 
 


Rн

 
 

 


Теперь получим выражение для передаточной проводимости по синфазному

сигналу:

Коэффициент усиления по синфазному сигналу

 

AUc = gfс/фRн.

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 U0см;
  • входные токи Iвх1, вх2;
  • входное сопротивление Rвх;
  • коэффициент усиления дифференциального и синфазного сигнала Аuдиф, АUсинф;
  • 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).

 

       
 
   
 

 

 


RK

I4 I0

                     
   
 
     
 
     
 
     
 
 

 


RБ I2

RЭ

R1 (1) (2)

 

- Вставляют RЭ (около 70 Ом) и для снижения DUK из-за эффекта модуляции ширины базы:

,

Но входное сопротивление снижается от 250 до 50ком,

АUдиф = RK/2(RЭ +rЭ) » 30-100,

АUсинф = -RK/(2R1+RЭ) » 0,5

  1. 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).

  1. 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 DIвх, Rвх (с коэффициентом b2).

При использовании составных транзисторов повышаются требования к их идентичности, поскольку ухудшается напряжение смещения нуля (согласовываются 2UБЭ). 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

 
 

 


Rн

(4)

выход

       
   
 


+3 Т2

IK

Rи

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 СКБ , в предыдущих схемах ее величина в (АU+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.

 

           
   
     
 
 

 


IБ

               
     
     
 
 


IБ 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:

+U

I1 = I2, I3 = I4

IB5 = IB6 Т3 Т4 Т7

IE5 = IE6

IE5 = IB3 + IB4, IE6 = IB7

IB7 = IB3 + IB4 Т5 Т6

IK7 = I3 + I4=I2 + I1 = I0.

 
 


-U -U

 

       
   
 


T1 T2

I0

 

 

 

       
   


Дифференциальный каскад на МДПТ.Rн

I1 I2

U1 U2

I0

При помощи упрощения схемы по теореме бисекции получаем усилитель

с ОИ для дифференциального и синфазного сигнала, запишем сразу коэффициент

усиления через передаточную проводимость ДУ gf для схемы с активными нагрузками:

Rн = 1/g02 || 1/g04,

Оценим численные значения параметров КМДП ДУ:

~2000

T3 T4

Uвых=U01

U1 T1 T2 U2