Схемотехника аналоговых электронных устройств

Из сказанного следует, что увеличение КОСС возможно путем уменьшения разброса номиналов резисторов в цепях коллекторов (в монолитных ИМС — не более 3%) и путем увеличения R_э. Однако увеличение R_э требует увеличения напряжения источника питания (что неизбежно приведет к увеличению рассеиваемой тепловой мощности в ДУ), и не всегда возможно из-за технологических трудностей реализации резисторов больших номиналов в монолитных ИМС.

 Решить эту проблему позволяет использование электронного эквивалента резистора большого номинала, которым является источник стабильного тока (ИСТ), варианты схем которого приведены на рисунке 5.6.

Рисунок 5.6. ИСТ на БТ и ПТ

ИСТ подключается вместо R_э (см. рисунок 5.5), а заданный ток и термостабильность обеспечивают элементы R₁, R₂, R_э и VD₁ (рисунок 5.6а), и R₁ (рисунок 5.6б). Для реальных условий ИСТ представляет собой эквивалент сопротивления для изменяющегося сигнала номиналом до единиц мегом, а в режиме покоя — порядка единиц килоом, что делает ДУ экономичным по питанию.

Использование ИСТ позволяет реализовать ДУ в виде экономичной ИМС, с КОСС порядка 100 дБ.

При использовании ПТ характер построения ДУ не меняется, следует только учитывать особенности питания и термостабилизации ПТ.

5.4. Схемы включения ДУ

Можно выделить четыре схемы включения ДУ: симметричный вход и выход, несимметричный вход и симметричный выход, симметричный вход и несимметричный выход, несимметричный вход и выход.

Схема включения ДУ симметричный вход и выход приведена на рисунке 5.7 и в особых комментариях не нуждается, такая схема включения применяется при каскадировании ДУ.

Рисунок 5.7. Схема включения ДУ «симметричный вход и выход»

Схема включения ДУ несимметричный вход и симметричный выход рассматривалась ранее (см. рисунок 4.9).

Схема включения ДУ симметричный вход и несимметричный выходприведена на рисунке 5.8.

Рисунок 5.8. Схема включения ДУ «симметричный вход — несимметричный выход»

Такая схема включения ДУ применяется в случае необходимости перехода от симметричного источника сигнала (либо симметричного тракта передачи) к несимметричной нагрузке (несимметричному тракту передачи). Нетрудно показать, что дифференциальный коэффициент усиления при таком включении будет равен половине K_U диф при симметричной нагрузке. Вместо резисторов R_к в ДУ часто используют транзисторы, выполняющие функции динамических нагрузок. В рассматриваемом варианте включения ДУ целесообразно использовать в качестве динамической нагрузки так называемое токовое зеркало, образованное транзисторами VT₃ и VT₄ (рисунок 5.9).

Рисунок 5.9. Схема ДУ с токовым зеркалом

При подаче на базу транзистора VT₁ положительной полуволны гармонического сигнала U_вх1, в цепи транзистора VT₃ (включенного по схеме диода) возникает приращение тока ΔI_к1. За счет этого тока возникает приращение напряжения между базой и эмиттером VT₃, которое является приращением входного напряжения для транзистора VT₄. Таким образом, в цепи коллектор-эмиттер VT₄ возникает приращение тока, практически равное ΔI_к1, поскольку в ДУ плечи симметричны. В рассматриваемый момент времени на базу транзистора VT₂ подается отрицательная полуволна входного гармонического сигнала U_вх2. Следовательно, в цепи его коллектора появилось отрицательное приращение тока ΔI_к2. При этом приращение тока нагрузки ДУ равно ΔI_к1+ΔI_к2, т.е. ДУ с отражателем тока обеспечивает большее усиление дифференциального сигнала. Необходимо также отметить, что для рассматриваемого варианта ДУ в режиме покоя ток нагрузки равен нулю.

При несимметричном входе и выходе работа ДУ в принципе не отличается от случая несимметричный вход — симметричный выход. В зависимости от того, с какого плеча снимается выходной сигнал, возможно получение синфазного или противофазного выходного сигнала, как это получается в фазоинверсном каскаде на основе ДУ (см. подраздел 4.4).

5.5. Точностные параметры ДУ

К точностным параметрам ДУ относятся паразитные напряжения и токи, имеющие место в режиме покоя, но оказывающие влияние на качество усиления рабочего сигнала.

В реальном ДУ за счет асимметрии плеч на выходе устройства всегда присутствует паразитное напряжение между выходами. Для сведения его к нулю на вход (плеча) необходимо подать компенсирующий сигнал — напряжение смещения нуля U_см, представляющее собой кажущийся входной дифференциальный сигнал.

Напряжение U_см порождается, в основном, разбросом величин обратных токов эмиттерных переходов I_эбо1 и I_эбо2 (U'_см), и разбросом номиналов резисторов R_к1 и R_к2 (U"_см). Для этих напряжений можно записать:

U'_см = φ_T·ln(I_эбо1/I_эбо2),

U"_см = 2·φ_T·ΔR_к/R_к.