Дифференциальный усилительный каскад (ДУК)
ВОПРОС №3
Динамической нагрузкой, удовлетворяющей противоречивым требованиям, предъявляемым к сопротивлению эммитера, может стать транзистор VT3 (рис.8.7).
Схема, выполненная на транзисторе VT3, носит название «токового зеркала» или генератора стабильного тока. Термостабилизацию транзистора VT3 осуществляет транзистор VT4, выполненный в диодном включении. Генератор стабильного тока (ГСТ) обеспечивает постоянство тока Iк3=Iэ=Iэ1+Iэ2 при изменении входного сигнала и температуры.
В режиме покоя, когда сигнал на входе отсутствует, сопротивление динамической нагрузки Rдин (транзистора VT3) мало
,
где UK3 – изменение падения напряжения на транзисторе VT3,
IK3 – изменение коллекторного тока транзистора VT3.
В этом режиме падение напряжения UK3 определяется малым внутренним сопротивлением перехода «коллектор-эмиттер» транзистора VT3. В результате, напряжение UK3 и, следовательно, сопротивление динамической нагрузки RДИН также имеют малое значение.
|
|
UВЫХ1 UВЫХ2
UВХ1 UВХ2
IЭ1 IЭ2
IЭ
Рис.8.7. Дифференциальный усилитель с генератором стабильного тока (ГСТ)
В режиме усиления дифференциального сигнала сопротивление RДИН мало. Это объясняется тем, что дифференциальные сигналы транзисторов VT1 и VT2 находятся по отношению друг к другу в противофазе и, следовательно, взаимно компенсируются. Поэтому на динамической нагрузке суммарный ток IЭ = IК3 не создает падения напряжения и ООС отсутствует.
В режиме усиления синфазного сигнала, наоборот, создается сильная ООС. В результате, падение напряжения на динамическом сопротивлении возрастает, а само динамическое сопротивление Rдин увеличивается.
Таким образом, использование ГСТ в качестве динамической нагрузки позволяет реализовать противоречивые требования, предъявляемые к сопротивлению RЭ.
Термостабилизацию транзистора VT3 обеспечивает транзистор VT4, выполненный в диодном включении, совместно с резисторами R4 и R5.
В случае, если температура возрастет и рабочая точка транзистора VT3 сдвинется вверх – коллекторный ток VT3 возрастает. Таким же образом реагирует и транзистор VT4 – коллекторный ток IК4 тоже возрастает. Этот ток IК4 вызывает на резисторе R5 падение напряжения, полярность которого обозначена на рисунке 8.7. Минус этого напряжения приложен к базе транзистора VT3 (с n-p-n структурой), имеющего напряжение смещения UБо. Падение напряжения на резисторе R5 воздействует на напряжение смещения UБо таким образом, что рабочая точка транзистора VT3 возвращается в исходное нижнее положение. При уменьшении температуры схема работает аналогично, с той разницей, что падение напряжения на резисторе R5 будет воздействовать на напряжение смещения UБо таким образом, чтобы рабочая точка вернулась в исходное верхнее положение.
|
|
Выводы по 3-му вопросу:
1. Схема ДУК с ГСТ представляет собой схему сбалансированного моста. ГСТ используется в качестве динамической нагрузки.
2. В режиме покоя ГСТ обладает достаточно малым сопротивлением, обеспечивая достаточно высокий КПД. В режиме усиления сигнала сопротивление динамической нагрузки велико (термостабилизация оптимальна, подавление синфазного сигнала максимально).
3. При появлении паразитных токов («дрейф нуля», флуктуации питающих напряжений и др.) сопротивление ГСТ мало, так как противофазные составляющие токов транзисторов VT1 и VT2 при протекании через динамическую нагрузку компенсируют друг друга.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренные в лекции схемы дифференциального усилительного каскада нашли широкое применение в радиотехнике и радиоэлектронике. На основе ДУК создано большое количество схем и устройств, наиболее распространенной из которых является схема операционного усилителя.