С генератором стабильного тока (ГСТ)

Дифференциальный усилительный каскад (ДУК)

ВОПРОС №3

Динамической нагрузкой, удовлетворяющей противоречивым требованиям, предъявляемым к сопротивлению эммитера, может стать транзистор VT₃ (рис.8.7).

Схема, выполненная на транзисторе VT₃, носит название «токового зеркала» или генератора стабильного тока. Термостабилизацию транзистора VT₃ осуществляет транзистор VT₄, выполненный в диодном включении. Генератор стабильного тока (ГСТ) обеспечивает постоянство тока Iк₃=Iэ=Iэ₁+Iэ₂ при изменении входного сигнала и температуры.

В режиме покоя, когда сигнал на входе отсутствует, сопротивление динамической нагрузки Rдин (транзистора VT₃) мало

,

где U_K3 – изменение падения напряжения на транзисторе VT₃,

I_K3 – изменение коллекторного тока транзистора VT₃.

В этом режиме падение напряжения U_K3 определяется малым внутренним сопротивлением перехода «коллектор-эмиттер» транзистора VT₃. В результате, напряжение U_K3 и, следовательно, сопротивление динамической нагрузки R_ДИН также имеют малое значение.

U_ВЫХ1 U_ВЫХ2

U_ВХ1 U_ВХ2

I_Э1 I_Э2

I_Э

Рис.8.7. Дифференциальный усилитель с генератором стабильного тока (ГСТ)

В режиме усиления дифференциального сигнала сопротивление R_ДИН мало. Это объясняется тем, что дифференциальные сигналы транзисторов VT₁ и VT₂ находятся по отношению друг к другу в противофазе и, следовательно, взаимно компенсируются. Поэтому на динамической нагрузке суммарный ток I_Э = I_К3 не создает падения напряжения и ООС отсутствует.

В режиме усиления синфазного сигнала, наоборот, создается сильная ООС. В результате, падение напряжения на динамическом сопротивлении возрастает, а само динамическое сопротивление Rдин увеличивается.

Таким образом, использование ГСТ в качестве динамической нагрузки позволяет реализовать противоречивые требования, предъявляемые к сопротивлению R_Э.

Термостабилизацию транзистора VT₃ обеспечивает транзистор VT_4, выполненный в диодном включении, совместно с резисторами R₄ и R₅.

В случае, если температура возрастет и рабочая точка транзистора VT₃ сдвинется вверх – коллекторный ток VT₃ возрастает. Таким же образом реагирует и транзистор VT₄ – коллекторный ток I_К4 тоже возрастает. Этот ток I_К4 вызывает на резисторе R₅ падение напряжения, полярность которого обозначена на рисунке 8.7. Минус этого напряжения приложен к базе транзистора VT₃ (с n-p-n структурой), имеющего напряжение смещения U_Бо. Падение напряжения на резисторе R₅ воздействует на напряжение смещения U_Бо таким образом, что рабочая точка транзистора VT₃ возвращается в исходное нижнее положение. При уменьшении температуры схема работает аналогично, с той разницей, что падение напряжения на резисторе R₅ будет воздействовать на напряжение смещения U_Бо таким образом, чтобы рабочая точка вернулась в исходное верхнее положение.

Выводы по 3-му вопросу:

1. Схема ДУК с ГСТ представляет собой схему сбалансированного моста. ГСТ используется в качестве динамической нагрузки.

2. В режиме покоя ГСТ обладает достаточно малым сопротивлением, обеспечивая достаточно высокий КПД. В режиме усиления сигнала сопротивление динамической нагрузки велико (термостабилизация оптимальна, подавление синфазного сигнала максимально).

3. При появлении паразитных токов («дрейф нуля», флуктуации питающих напряжений и др.) сопротивление ГСТ мало, так как противофазные составляющие токов транзисторов VT₁ и VT₂ при протекании через динамическую нагрузку компенсируют друг друга.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренные в лекции схемы дифференциального усилительного каскада нашли широкое применение в радиотехнике и радиоэлектронике. На основе ДУК создано большое количество схем и устройств, наиболее распространенной из которых является схема операционного усилителя.