5.4.1. Генератор стабильного тока

Рис.5.14. Генератор стабильного тока

Суммарный ток эмиттеров транзисторов дифференциального каскада равен току коллектора Т₂. Т₁, Т₂ и R₁, R₂, R₃ – ГСТ. Т₁ в диодном включении служит для стабилизации рабочей точки Т₂ (термокомпенсация). Найдем напряжение между точками А и В. Если пренебречь током базы Т₂, что совершенно обосновано, т.к. I_ЭТ2>>I_БТ2 и принять, что

I_Э2=I_К2=I₀=I_Э3+I_Э4, то можно записать

U_БЭ2+I₀R₃=I₁R₂+U_БЭ1 (*),

где .

Это из Е_К=U_БЭ1+I₁R₂+I₁R₁ и т.к. Е_К>>U_БЭ1.

Из (*) находим .

При I₁R₂>>(U_БЭ1-U_БЭ2) получим .

Существуют различные схемные варианты ГСТ, но главное, что ток I_Э целиком и полностью определяется ГСТ. Выходное сопротивление ГСТ близко к величине r_К^*, т.е. достаточно велико. А если Т₃ и Т₄ работают еще в микрорежиме, то R_{ВЫХ ГСТ} может быть более 10 МОм. На постоянном токе сопротивление ГСТ определяется рабочей точкой Т₂ и, следовательно, мало. ГСТ называют также отражателем тока. Отношение резисторов можно считать как бы коэффициентом «отражения». При равенстве R₂ = R₃ получим коэффициент «отражения» 1, что является аналогом зеркала в оптике. По этой причине ГСТ с R₂ = R₃ называют токовым зеркалом. Существуют различные варианты схемных решений ГСТ.

В общем случае:

Возможны следующие варианты:

1. Когда выполняется неравенство:

Тогда получаем, что

.

При условии, что . И мы имеем «Токовое зеркало». Ток задается условием:

,

т.е. из вольтамперных характеристик транзистора задаем рабочую точку, то есть и . задано по техническому заданию.

.

2. Случай особо малых (микро) токов.

Этот случай обеспечивается условием ( иначе наличие не обеспечивает входного тока), тогда при условии, что

получим трансцендентное уравнение

Приближенно можно считать, что

т.е. управление током затруднительно. Например, =0,5мА, =10мкА, что справедливо при 10кОм. При этом мВ

3.Случай .

Он дает экономию площади кристалла. В этом случае оказывается, что отношение токов пропорционально отношению обратных токов, т.е

,

а т.к. обратные токи- токи утечки, и они прямо пропорциональны площади переходов, то , где S- площадь эмиттерных переходов. Этот случай имеет преимущества при приблизительном равенстве и . Если , то приходиться получать соотношение токов за счет увеличения площади переходов.

5.4.2. Характеристики (параметры) дк.

Если подать на выходы ДК дифференциальный сигнал , то на нагрузке будут протекать токи одного направления, и мы получим усиленный дифференцированный сигнал. Если ДК реальный, то в отсутствии сигнала через нагрузку течет ток, который накладывается на ток, обусловленный дифференциальным сигналом ( со знаком + или -). В результате выходной дифференцированный сигнал окажется измененным. Мы можем сказать, что дифференцированный сигнал

усиливается как бы дифференциально и синфазно одновременно. Очевидно, что коэффициенты этих усилений будут разные. Аналогично можно рассмотреть и прохождение синфазных сигналов через ДК (это обозначается через КД и ДС).

Математически это можно записать так:

Мы имеем как бы 4 усилителя со своими коэффициентами передачи по напряжению. У коэффициента К первый индекс - усилитель, второй - сигнал.

- коэффициент передачи дифференциальным усилителем дифференциального сигнала.

- коэффициент передачи синфазным усилителем синфазного

сигнала.

- коэффициент передачи синфазным усилителем дифференциального сигнала.

-коэффициент передачи дифференциальным усилителем синфазного сигнала.

Для идеального ДК . Усиление синфазных и дифференциальных сигналов в идеальных усилителях происходит независимо, т.к. стремятся получить как можно более симметричную схему, поэтому и оказываются малы (<< 1).

Рассмотрим основные коэффициенты и Дифференциальный коэффициент усиления в дальнейшем будем обозначать просто , а просто

Пусть на входы ДК подаются некоторые , и , имеющие синфазный и парафазный сигналы. Для синфазного сигнала можно

считать и объединенными. Для парафазного сигнала половина его (например, положительная) подается на вход первый, а вторая (отрицательная) половина на второй вход.

Аналитически:

Т.к. подаются на цепочки и в которых , то можно считать, что подается на общий резистор .

На коллекторах транзисторов получим изменения коллекторного напряжения относительно первоначального . Синфазный сигнал вызывает одинаковое приращение потенциалов коллекторов.

Если сигнал снимается с коллектора одного транзистора на нагрузку (в этом случае получается несимметричный выход и можно использовать заземленную нагрузку), то половина дифференциального сигнала на заземленной нагрузке теряется. Для устранения этого недостатка используют специальные схемы, которые называются схемами перехода к несимметричному выходу.

Определим коэффициент передачи по напряжению К_UД.

Для дифференциальных сигналов ДК можно рассматривать как обычную схему ОЭ, в которой сопротивление нагрузки равно ( как бы разделено между плечами ДК). Не учитывается :

т.к. обычно , то

Если используется последовательная связка, то

В случае

В режиме холостого хода или при работе на высокоомную нагрузку

Из формулы следует, что увеличивать можно путем введения эквивалентного , т.е. динамической нагрузки.

Для сигналов нагрузка будет общая, но надо учесть

Уточним выражение. Т.к. синфазный сигнал практически выделяется на , то считаем , а также т.к. стремиться сделать как можно больше, то и согласно , получим

=

подставляем

Остается уточнить . Для синфазных сигналов и окончательно

.

Для ДК с последовательной связкой эмиттерная цепь будет

Отношения коэффициентов и называют коэффициентом ослабления (коэффициентом подавления) синфазной составляющей. Для случая ДК с последовательной связкой

Его чаще выражают в децибелах

Для простейшего ДК составляет 50-60 дБ. имеет большое значение с точки зрения помехоустойчивости. Помехи и наводки действуют сразу на два входа, т.е. по своей сути являются синфазными сигналами и чем больше , тем помехоустойчивей ДК и последующая цепь.

Входные сопротивления.

Так как дифференциальный сигнал поступает на 2 каскада ОЭ, то входное сопротивление равно удвоеному каскада ОЭ:

При наличии последовательной эмиттерной связкеи

Пример: = 100, = 25 Ом, =150 Ом, = 5.35 кОм.

Существенно увеличить можно при работе и в микрорежиме (рост ) или используя схему Дарлингтона. Например: если, I_Э= 50 мкА, , то и

Из формул следуют пути увеличения :

1. Микрорежим (за счет );

2. «Супербета» - транзистора (за счет );

3. Составной транзистор в каждом плече ДК (схема Дарлингтона).

Входное сопротивление для синфазной составляющей равно

или в другой форме:

Сравнивая и видим, что из-за или