Усилитель постоянного тока 2 (стр. 2 из 2)

рис.3

(1)

Здесь Rвх.пл - входное сопротивление половины ДУ (плеча схемы), являющееся входным сопротивлением каскада ОЭ, равное:

Rвх.пл = r6 + (rэ + Rэ') (βэ + 1)

Дифференциальное входное сопротивление ДУ, измеренное между входами транзисторов T1 и Т2,

Выходное сопротивление одной половины ДУ

и дифференциальное выходное сопротивление ДУ, измеренное между коллекторами транзисторов Т1 и T2, Rвых.д = 2Rк. Коэффициент усиления по току

При подаче синфазного входного сигнала потенциалы баз и коллекторов транзисторов ДУ меняются одинаково, вследствие чего в идеально сбалансированной схеме напряжение Uвых, снимаемое между коллекторами транзисторов, равно нулю. При разбалансе схемы, что всегда имеет место в реальных ДУ, между коллекторами транзисторов (симметричный выход) появляется напряжение, равное:

(2)

где

— возможный разбаланс параметров схемы ДУ.

Для уменьшения напряжения

необходимо увеличивать величину сопротивления резистора Rэ, что достигается включением в общую эмиттерную цепь транзисторов Т1 и Т2 каскада на транзисторе Т3, выходное сопротивление которого рис.3 увеличено за счет введения местной отрицательной обратной связи (ООС) через резистор R3. Коллекторный ток транзистора T3 задается делителем в цепи базы с термокомпенсирующим диодом Д. Цепь, включенная в общей эмиттерной цепи транзисторов Т1, Т2, получила название генератора стабильного тока (ГСТ). Коэффициент усиления KUд схемы по рис. 4 практически не зависит от способа включения Uвх.д, т. е. КUд один и тот же как при симметричной подаче сигнала (средняя точка Uвх.д заземлена), так и при несимметричной (сигнал подан на один из входов ДУ, а второй вход заземлен). В ДУ с ГСТ сопротивление резистора Rэ, в формулах (2) - (5) должно быть заменено дифференциальным выходным сопротивлением каскада на транзисторе Т3, подсчитанным с учетом местной отрицательной обратной связи, а именно:

(3)

,где

рис. 4

Для перехода от симметричного сигнала к несимметричному используется несимметричный выход ДУ. В простейшем виде напряжение Uвых при этом снимается с одного из коллекторов транзисторов относительно земли.

Легко видеть, что выходное напряжение при несимметричном выходе, вызванное подачей на вход дифференциального сигнала, уменьшается в два раза по сравнению с его значением при симметричном выходе. Недостатком несимметричного выхода является большее выходное напряжение

, возникающее при подаче синфазного сигнала.

Для определения

изобразим схему ДУ при подаче синфазного сигнала, как показано на рис. 4. Здесь коллекторы и базы транзисторов Т1, Т2 объединены, поскольку потенциалы их всегда одинаковы.

Из схемы рис. 4 можно получить выражение для

(4)

откуда

Отношение коэффициентов усиления дифференциального сигнала к синфазному, являющееся важнейшим показателем ДУ, называют коэффициентом ослабления синфазного сигнала Кос.сф.

Для симметричного выхода:

Для несимметричного выхода из выражений (1) и (4) получим (без учета Rн)

Таким образом, в случае симметричного выхода синфазный сигнал подавляется в значительно большей степени.

Погрешность функционирования ДУ возникает вследствие разбаланса параметров двух половин схемы. В идеально симметричном ДУ при отсутствии входного сигнала Uвых = 0. В реальной схеме из-за различия параметров (токов коллектора и тепловых токов переходов, резисторов коллекторной цепи) выходное напряжение отлично от нуля. Для установки нуля на выходе необходимо на вход подать некоторое напряжение, называемое напряжением смещения нуля Uсм. Это напряжение можно определить при Iк1Rк1 =Iк2Rк2 как разность напряжений на эмиттерных переходах, а именно Uсм = Uэб01 - Uэб02. Зависимость напряжения смещения от температуры, т. е. дрейф напряжения смещения, приведенный ко входу усилителя, определяется следующим образом:

Следовательно, величина дрейфа напряжения в ДУ прямо пропорциональна напряжению смещения нуля. При комнатной температуре дрейф составляет приблизительно 3 мкВ/˚C на 1 мВ напряжения смещения.

В интегральных схемах ДУ напряжение смещения нуля невелико вследствие идентичности технологических процессов и тепловых режимов транзисторов. Обычные значения Uсм = 1 ... 5 мВ. В этих случаях UдрвхДУ составляет 3-15 мкВ/˚С, что на 2-3 порядка меньше, чем в небалансной схеме (2,2 мВ/С).

Дополнительная составляющая дрейфа в ДУ возникает за счет не идентичности входных токов транзисторов Т1 и Т2, усилителя и их изменения с температурой. При одинаковых сопротивлениях во входных цепях ДУ токовая составляющая погрешности определяется разностью токов покоя баз транзисторов Т1 и Т2. С учетом последнего э. д. с. дрейфа в ДУ, приведенная ко входу,

Здесь

- дрейф разности входных токов транзисторов Т1, Т2, равный blб0разн, где b = -0,005 1/°С.

Очевидно, что токовая составляющая влияет тем меньше, чем меньше RГ, R’Э, и Iб0. Поэтому входные каскады ДУ обычно работают с малыми токами.

5. Выбор транзисторов.

Для обеспечения малого дрейфа ДУ выбираем транзистор КТ312Б, имеющий малый тепловой ток и небольшой коэффициент β.

Входная характеристика: Выходная характеристика:

Размеры транзистора КТ312Б:

Характеристика прямой передачи:

6. Расчет оконечного каскада с общим эмиттером.

7. Расчет схемы перехода.

8. Расчет дифференциального каскада.

9. Перечень элементов.

Наименование на принципиальной схеме	Тип элемента	Количество
Транзисторы
VT1-VT6	КТ312Б	6
Резисторы
R1, R10	МЛТ-0,125-680кОм±5%	2
R2, R11	МЛТ-0,125-510 кОм±5%	2
R3, R9	МЛТ-0,125-100 кОм±5%	2
R4, R8	МЛТ-0,125-3.9 кОм±5%	2
R5	МЛТ-0,125-15 кОм±5%	1
R6	МЛТ-0,125-62 кОм±5%	1
R7	МЛТ-0,125-18кОм±5%	1
R12	МЛТ-0,125-270 кОм±5%	1
R13	МЛТ-0,125-130 Ом±5%	1
R14	СП3-38б-390 Ом±5%	1
R1, R10	МЛТ-0,125-680кОм±5%	2
R2, R11	МЛТ-0,125-510 кОм±5%	2
Стабилитроны
VD1, VD2	КС407Г	2
VD3	КС508Б	1

10. Разводка платы и сборочный чертёж.

Верхняя сторона печатной платы с расположением элементов:

Нижняя сторона платы с разводкой проводников:

Размеры печатной платы: 74 x 35 мм.

11. Список литературы.

1. Войшвилло Г.В. «Усилительные устройства», Москва, «Радио и связь», 1983 г.

2. «Проектирование усилительных устройств» под редакцией Терпугова Н.В., Москва, «Высшая школа», 1982 г.

3. Цыкина А.В. «Проектирование транзисторных усилителей низкой частоты», Москва, «Связь», 1968 г.

4. «Полупроводниковые приборы: транзисторы» под общей редакцией Горюнова Н.Н., Москва, «Энергоатомиздат», 1985 г.

5. Остапенко Г.С. «Усилительные устройства», Москва, «Радио и связь», 1989 г.

6. Аксенов А.И., Нефедов А.В. «Отечественные полупроводниковые приборы» справочное пособие, книга 1, Москва, «Солон-Р», 2000 г.