Дифференциальный каскад на ПТ

При очень больших входных сопротивлениях усилителя R_ВХ>0,5∙10⁶ Ом в дифференциальном каскаде рекомендуется применять полевые транзисторы (рис. 4). Целесообразно применять сдвоенные транзисторы типа КПС202 или им подобные, т.к. парные транзисторы, изготовленные на одной подложке, имеют минимальный разброс параметров.

Коэффициент передачи каскада определяется формулой

, ( 5 )

где S крутизна в рабочей точке ПТ и R_СЭ эквивалентное сопротивление нагрузки в цепи стока, состоящее из параллельно включенных R₂ и R_{ВХ СС}.

Т.к. R_{ВХ СС}>> R₂ , то R_{С Э}≈ R₂.

Крутизну в рабочей точке можно определить по формуле

( 6 )

Рис. 4-ДК на ПТ

Принимая, что на резисторе R₂ падение напряжения составляет половину напряжения питания, его величину можно определить по формуле

, ( 7 )

где ток стока в рабочей точке определяется как

. ( 8 )

Подставляя (4) в (3), а затем (3) и (2) в (1) можно определить ток стока для получения необходимого коэффициента передачи

( 9 )

Причем параметры транзистора I_С0 и U_ЗИ0 надо выбирать таким образом, чтобы ток стока I_C ,был меньше, чем ток I_C0, иначе ПТ будет работать при открытом p-n переходе затвор-исток, т.е. с токами затвора, а это приведет к резкому снижению входного сопротивления.

И отсюда можно рассчитать резистор в цепи стока

( 10 )

или

(10, а)

(11)

Повысить коэффициент усиления ДК можно увеличивая величину сопротивления R₂, но при этом снизится напряжение U_СИ. Это напряжение должно превышать в два-три раза напряжение сигнала на выходе ДК. Можно использовать комбинированный составной транзистор.

Комбинированный составной транзистор

Рис. 5

В этом случае крутизна составного транзистора равна

S_CT=S_VT1∙(h_{21 Э VT2}+1).

h_21Э определяется в рабочей точке исходя из значения коллекторного тока VT2. Крутизна S_VT1 определяется по формуле

,

где U_ЗИ= U_БЭ, которое определяется по входным характеристикам БТ.

Источник тока для ДК

Для схем (рис. 2 и 4) источником тока является транзистор VT3. Ток коллектора этого транзистора равен сумме токов транзисторов VT1 и VT2.

I_{K VT3}= I_{K VT1}+ I_{K VT2}

В случае применения составных транзисторов необходимо учитывать сумму токов всех транзисторов.

Схема смещения уровня

Отказ от разделительных конденсаторов при соединении отдельных каскадов ИС требует применения элементов, обеспечивающих исключение постоянной составляющей выходного напряжения дифференциального каскада для получения на выходе эмиттерного повторителя нулевого потенциала.

Простейшая схема смещения уровня (ССУ) показана на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема смещения уровня

При обозначении элементов схемы ССУ применяется индекс с.

Она представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе VT_1С, принцип работы и параметры которого будут рассмотрены ниже. Эмиттерная цепь состоит из резистора R_3С и источника стабильного тока на транзисторе VT_2С, обеспечивающего постоянство тока I_{К VT2C}. Уровень постоянной составляющей напряжения на выходе ССУ по сравнению с ее значением на входе сдвинут на величину

DU= U_{БЭ VT1C} +I_{K VT2C}×R_3С. (12)

Для напряжения сигнала коэффициент передачи ССУ будет равен

, (13)

где R_{ВХ Э} – входное сопротивление следующего каскада (ЭП).

В данной формуле пренебрегаем выходным сопротивлением источника тока (VT_2C), так как оно значительно больше сопротивления R_{ВХ Э}.

Температурную стабильность можно увеличить включением в цепь базы одного или двух диодов, как показано на рисунке 5.

Эмиттерный повторитель

Принципиальная схема эмиттерного повторителя (ЭП) показана на рисунке 7.При обозначении элементов схемы ЭП применяется индекс э.