Дифференциальные усилители с генераторами стабильного тока

Схема ДУ с генератором стабильного тока на биполяр­ных транзисторах показана па рис. 7.9, а. Такую схему имеет интегральный ДУ типа К118УД1. ГСТ выполнен на биполярном транзисторе VT3. Режим работы транзи­стора и, следовательно, ток в его коллекторной цепи опре­деляются делителем R'R" в цепи базы VD и резистором термостабилизации R3 в цепи эмиттера.

Рис. 7.9. Схема ДУ с генератором стабильного тока (а) и

выходные характеристики токостабилизирующего транзистора (б)

В качестве диода VD в интегральных ДУ обычно используется транзистор в диодном включении.

Большое динамическое и малое статическое сопротив­ления ГСТ обусловлены характером зависимости кол­лекторного тока от коллекторного напряжения транзи­стора VT3, отображаемой выходными характеристиками БТ (рис. 7.9, б). При токе I_К0 и напряжении U_КЭ0 стати­ческое сопротивление равно R_c = U_КЭ0/I_К0, а динами­ческое r_i= 1/h_22э = ΔU_КЭ/ΔI_К. Ввиду малого наклона выходных характеристик к оси тока I_К при сравнимых значениях U_КЭ0 и ΔU_КЭ приращение тока ΔI_К значительно меньше его стационарного значения I_К0. Поэтому r_i » R₀.

В интегральных ДУ и интегральных усилителях других типов в качестве ГСТ широко используются диодно-транзисторные структуры, называемые отражателями тока или токовыми зеркалами.

Простейшая схема отражателя тока дана на рис. 7.10. Она содержит два идентичных БТ, у которых эмиттерные переходы соединены непосредственными связями.

Рис. 7.10. Схема отражателя тока натранзисторах типа n – p – n

При одинаковых площадях эмиттерных переходов транзисто­ров VT1 и VT2 эмиттерные токи I_Э1 и I_Э2 равны между собой, вследствие чего ток I₂ оказывается равным току I₁. Если первый каскад данной схемы считать входным, а второй — выходным, то из равенства I₂ = I₁ следует, что выходной ток I₂ повторяет или отражает входной ток I₁. Отсюда и название «отражатель тока» или «токовое зеркало». Отражатель тока является дуальной схемой по отношению к повторителю напряжения. Он имеет малое входное и большое выходное сопротивления.

Эмиттерные токи I_Э1 и I_Э2 отличаются друг от друга, если эмиттерные переходы транзисторов VT1 и VT2 на­ходятся под разными напряжениями U_БЭ1и U_БЭ2 или если площади эмиттерных переходов различны. Из этого сле­дует, что, изменяя геометрию транзисторов VT1 и VT2 или создавая различия в напряжениях эмиттерных персходовU_БЭ1и U_БЭ2, можно изменитькоэффициентпере­дачи отражателя тока.

Увеличение площади эмиттерного перехода транзи­стора VT2 достигается увеличением линейных размеров перехода этого транзистора или использованием в каче­стве VT2 многоэмиттерного транзистора (рис. 7.11, а). При этом для БТ типа п—р—п практически удается по­лучить коэффициент передачи в пределах 1...10.

Чтобы создать различные напряжения на эмиттерных переходах, в эмиттерные цепи транзисторов включают резисторы R1 и R2 (рис. 7.11, б). Соответствующим вы­бором сопротивления резистора R2 можно получить коэф­фициент передачи отражателя тока в пределах 0,1...0,9.

Рис. 7.11 Способы обеспечения требуемого

коэффициента передачи тока в токовом зеркале

Рис. 7.12. Схемы отражателей тока на транзисторах типа р—п—р

Ряд разновидностей отражателей тока может быть создан на БТ типа р—п—р. Например, отражатель тока, показанный на рис. 7.12, а, аналогичен отражателю тока, приведенному на рис. 7.10. Вместо многоэмиттерного транзистора в отражателях тока на БТ типа р—п—р для увеличения площади коллекторного ЭДП может исполь­зоваться многоколлекторный транзистор (рис. 7.12, б).

Основные свойства диодно-транзисторных структур зависят от идентичности входящих в них элементов, а также от возможности изменять геометрические размеры этих элементов. Свойства отражателей тока обусловлены технологией производства ИМС и не могут быть реализо­ваны в дискретной технике.

ДУ удобно использовать в качестве усилителей с регу­лируемым коэффициентом усиления. Регулировка коэффициента усиления осуществляется путем изменения на­пряжения базы одного из транзисторов VT1 или VT2 либо тока I₁ транзистора VT3 (см. рис. 7.9, а). В первом случае усиливаемый сигнал подается на базу транзистора VT3, а во втором— на базу одного из транзисторов VT1 или VT2 (база второго транзистора при этом соединяется с кор­пусом) .