11.2 Дифференциальный каскад на биполярных транзисторах

Характеристики передачи тока. Это зависимости коллекторных токов транзисторов от дифференциального напряжения .

Рис.11.6. Переменные (i) и постоянные (I) токи в дифференциальном каскаде

Известно, что характеристика эмиттерного-базового перехода транзистора описывается уравнением:

. (11.1)

где U_x=0,5B, I_x=1мкА – для большинства маломощных кремниевых транзисторов.

Поэтому

. (11.2)

Учитывая, что , получаем:

(11.3)

или

. (11.4)

В статическом режиме, когда .

. (11.5)

С увеличением ток увеличивается, а ток уменьшается (рис.11.7).

Рис.11.7. Проходная характеристика ДК

При ≈ 50 мВ коллекторные токи уже изменяются на 85-90% от своего максимального значения I₀. Это позволяет аппроксимировать характеристики передачи тока отрезками прямых линий (рис.11.7 *****). Из последнего рисунка следует, что дифференциальный каскад "чувствует" только небольшие приращения входного сигнала, лежащие в диапазоне:

.

Если входное напряжение превышает ± 50 мВ, то коллекторные токи практически перестают изменяться (ограничиваются).

Наклон характеристик определяет крутизну преобразования приращения входного напряжения в приращение коллекторного тока :

.

При = 0 крутизна максимальна: .

Рис.11.8. Зависимость крутизны ДК S от входного сигнала U_вх.1

Аналогичный результат можно было получить, используя простейшую эквивалентную схему транзистора:

,

где

.

Если в эмиттерную цепь VТ1 и VТ2 включить низкоомные резисторы , то крутизна каскада S уменьшится:

,

а диапазон его линейной работы увеличится.

б) Коэффициент усиления по напряжению при резистивной нагрузке

По определению:

.

При наличии резисторов в эмиттерной цепи:

.

в) Входное дифференциальное сопротивление. По определению

или

.

С другой стороны, .

Поэтому

,

где I_б1 – статический ток базы VT1.

Рис.11.9. Дифференциальный каскад с резисторами R_э1 и R_э2

При наличии резисторов R_э1, R_э2 в эмиттерной цепи (рис.11.9):

.

г) Входное синфазное сопротивление

Рис.11.10. К расчету входного синфазного сопротивления ДК

Из рассмотрения схемы ДК для синфазного сигнала (рис.11.10) следует, что ; ; ,

где – сопротивления коллекторного перехода транзисторов VT1-VT2 в схеме с ОБ.

д) Э.д.с. смещения нуля. Входные токи ДК.

Из-за неидентичности входных характеристик транзисторов их коллекторные токи при не равны друг другу , что создает выходное статическое напряжение ошибки .

а

б

Рис.11.11. Э.д.с. смещения нуля ДК

Для того чтобы получить на вход ДК необходимо подать напряжение . Этот параметр называется э. д. с. смещения нуля ДК. Знак его часто неизвестен, а численное значение имеет большой разброс.

В статическом режиме для установления необходимых значений постоянного тока эмиттера VT1 (VT2) в цепи базы VT1 (VT2) должен протекать постоянный ток:

.

Так как  транзисторов имеют большой разброс, то в число «паспортных» параметров ДК вводится разность входных токов:

.

Под действием температуры, изменяются, что отражается соответствующими паспортными параметрами, характеризующим дрейф ДК:

.

ж) ДК с активной нагрузкой

Для повышения коэффициента усиления по напряжению в коллекторную цепь входных транзисторов современных ДК часто включают так называемые динамические нагрузки (повторители тока или токовые зеркала) (рис.11.12).

Рис.11.12. Дифференциальный каскад с активной нагрузкой (АН)

Это приводит к повышению крутизны преобразования в :

; ,

где – коэффициент усиления по току активной нагрузки.