Расчет широкополосного дифференциального усилителя

(компаратор на ОУ).

 

Рассмотрим дифференциальный широкополосный усилитель с каскодной схемой, который в отличие от основной схемы дифференциального усилителя имеет высокую частоту сопряжения ЛАЧХ (приложение Б).

Каскодная схема (приложение Б), состоит из двух каскадов: входной каскад – схема с общим эмиттером (на транзисторе VT2), нагрузкой которого является каскад схемы с общей базой (на транзисторе VT1). При этом коэффициент усиления по напряжению схемы с общим эмиттером равен единице – что устраняет эффект Миллера. Усиленный в ß раз входной ток протекает через эмиттер схемы с общей базой и через сопротивление коллектора, обеспечивает усиление по напряжению.

Таким образом, каскодный усилитель обладает свойствами схемы с общим эмиттером, но является широкополосным из-за отсутствия эффекта Миллера и выходное сопротивление может быть большим, если велико Rк.

С точки зрения частотных свойств (приложение Б) каскодную схему можно рассматривать как два инерционных звена, соединенных последовательно: первое звено соответствует входной цепи, второе звено – выходной цепи.

 

Рассчитаем основные параметры данного широкополосного усилителя.

 

Ширина полосы частот (соответствует частоте сопряжения ЛАЧХ) равна:

,

где ,

-предельная частота одного фильтра.

Тогда принимаем входные и выходные цепи предельной частоты (предельную частоту усиления) одинаковыми:

,

 

То есть, если заданна результирующая частота усилителя, то предельная частота входной и выходной схем должна быть раз больше.

Величина коллекторного сопротивления вычислится по формуле

,

Барьерную емкость выбираем в промежутке .

Пусть , тогда:

Пусть статическая крутизна транзистора равна:

, ,

 

Для получения существенной обратной связи выбираем сопротивление эмиттера:

,

Статическая крутизна входного каскада равна:

В результате коэффициент усиления по напряжению равен:

 

Предельная частота входных транзисторов рассчитывается через предельную частоту усиления, по соотношению:

Для дальнейшего расширения частотного диапазона можно подсоединить конденсатор между эмиттерными выводами, или индуктивность последовательно с R_К.

 

Рассчитаем точку покоя (Рисунок 11) – ток и напряжение входной и выходной цепи при напряжении на входе равном нулю:

 

 

Рисунок 11 – Расчет точки покоя усилителя

 

Пусть выходное напряжение (рисунок 14) равно:

Тогда ток источника тока (ИТ – предназначен для задания тока покоя (точки покоя) транзисторов – он определяет точку покоя выходной цепи) равен:

Кроме того, с помощью источника тока появляются свойства деления входного напряжения пополам и отсутствует реакция на синфазный (сигнал наводок) входной сигнал.

Тогда, в соответствии с рисунком 13 и 14, напряжение на базе второго каскада равно:

Уравнение баланса напряжение (II Закон Кирхгофа) запишем в следующем виде (рисунок 13):

Тогда для делителя напряжение на сопротивлениях R4 и R5 получим:

Найдем значения данных сопротивлений: предварительно зададимся одним из сопротивлений. Пусть R₂ = 100(Ом), тогда в соответствии с формулой получим:

 

В результате расчетов – все полученные значения удовлетворяют требуемым значениям параметров: частота сопряжения, коэффициент усиления, напряжение питания и др.