А. Красько - Схемотехника аналоговых электронных устройств

Схема включения ДУ несимметричный вход и симметричный выход рассматривалась ранее (см. рисунок 4.9).

Схема включения ДУ симметричный вход и несимметричный выход приведена на рисунке 5.8.

Рисунок 5.8. Схема включения ДУ «симметричный вход — несимметричный выход»

Такая схема включения ДУ применяется в случае необходимости перехода от симметричного источника сигнала (либо симметричного тракта передачи) к несимметричной нагрузке (несимметричному тракту передачи). Нетрудно показать, что дифференциальный коэффициент усиления при таком включении будет равен половине K U диф при симметричной нагрузке. Вместо резисторов R к в ДУ часто используют транзисторы, выполняющие функции динамических нагрузок. В рассматриваемом варианте включения ДУ целесообразно использовать в качестве динамической нагрузки так называемое токовое зеркало , образованное транзисторами VT 3 и VT 4 (рисунок 5.9).

Рисунок 5.9. Схема ДУ с токовым зеркалом

При подаче на базу транзистора VT 1 положительной полуволны гармонического сигнала U вх 1, в цепи транзистора VT 3 (включенного по схеме диода) возникает приращение тока Δ I к 1. За счет этого тока возникает приращение напряжения между базой и эмиттером VT 3, которое является приращением входного напряжения для транзистора VT 4. Таким образом, в цепи коллектор-эмиттер VT 4 возникает приращение тока, практически равное Δ I к 1, поскольку в ДУ плечи симметричны. В рассматриваемый момент времени на базу транзистора VT 2подается отрицательная полуволна входного гармонического сигнала U вх 2. Следовательно, в цепи его коллектора появилось отрицательное приращение тока Δ I к 2. При этом приращение тока нагрузки ДУ равно Δ I к 1+Δ I к 2, т.е. ДУ с отражателем тока обеспечивает большее усиление дифференциального сигнала. Необходимо также отметить, что для рассматриваемого варианта ДУ в режиме покоя ток нагрузки равен нулю.

При несимметричном входе и выходе работа ДУ в принципе не отличается от случая несимметричный вход — симметричный выход. В зависимости от того, с какого плеча снимается выходной сигнал, возможно получение синфазного или противофазного выходного сигнала, как это получается в фазоинверсном каскаде на основе ДУ (см. подраздел 4.4).

К точностным параметрам ДУ относятся паразитные напряжения и токи, имеющие место в режиме покоя, но оказывающие влияние на качество усиления рабочего сигнала.

В реальном ДУ за счет асимметрии плеч на выходе устройства всегда присутствует паразитное напряжение между выходами. Для сведения его к нулю на вход (плеча) необходимо подать компенсирующий сигнал — напряжение смещения нуля U см , представляющее собой кажущийся входной дифференциальный сигнал.

Напряжение U см порождается, в основном, разбросом величин обратных токов эмиттерных переходов I эбо 1 и I эбо 2 ( U' см ), и разбросом номиналов резисторов R к1 и R к2 ( U" см ). Для этих напряжений можно записать:

U' см = φ T ·ln( I эбо 1/ I эбо 2),

U" см = 2· φ T ·Δ R к / R к .

Зависимость U см от температуры представляется еще одним точностным параметром - температурной чувствительностью. Температурная чувствительность dU см / dT имеет размерность мкВ/град и определяется как разность ТКН эмиттерных переходов транзисторов плеч и уменьшается пропорционально уменьшению U см .

Следующим точностным параметром ДУ является ток смещения Δ I вх , представляющий собой разбаланс (разность) входных токов (токов баз транзисторов). Протекая через сопротивление источника сигнала R г, ток смещения создает на нем падение напряжения, действие которого равносильно ложному дифференциальному сигналу. Ток смещения можно представить как

Δ I вх = I э01/ H 21Э1– I э02/ H 21Э2.

Средний входной ток I вх ср также является точностным параметром ДУ. Его можно представить как

I вх ср = ( I б01+ I б02)/2 = I э0/2 H 21Э.

Протекая через R г, ток I вх ср создает на нем падение напряжения, действующее как синфазный входной сигнал. Хотя и ослабленное в K Uсф раз, оно все же вызовет на выходе ДУ разбаланс потенциалов.

Температурные зависимости тока смещения и среднего входного тока можно учесть через температурную зависимость H 21Э. Отметим, что обычно I вх ср >Δ I вх .

В ДУ на ПТ основным точностным параметром является U см , которое обычно больше, чем в ДУ на БТ.

В настоящее время ДУ представляют собой основной базовый каскад аналоговых ИМС, в частности, ДУ является входным каскадом любого операционного усилителя.

Операционным усилителем (ОУ) принято называть интегральный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и двухтактным выходом, предназначенный для работы с цепями обратных связей. Название усилителя обусловлено первоначальной областью его применения — выполнением различных операций над аналоговыми сигналами (сложение, вычитание, интегрирование и др.). В настоящее время ОУ выполняют роль многофункциональных узлов при реализации разнообразных устройств электроники различного назначения. Они применяются для усиления, ограничения, перемножения, частотной фильтрации, генерации, стабилизации и т.д. сигналов в устройствах непрерывного и импульсного действия.

Необходимо отметить, что современные монолитные ОУ по своим размерам и цене незначительно отличаются от отдельных дискретных элементов, например, транзисторов. Поэтому выполнение различных устройств на ОУ часто осуществляется значительно проще, чем на дискретных элементах или на усилительных ИМС.

Идеальный ОУ имеет бесконечно большой коэффициент усиления по напряжению ( K и ОУ =∞), бесконечно большое входное сопротивление, бесконечно малое выходное сопротивление, бесконечно большой КОСС и бесконечно широкую полосу рабочих частот. Естественно, что на практике ни одно из этих свойств не может быть осуществлено полностью, однако к ним можно приблизиться в достаточной для многих областей мере.

На рисунке 6.1 приведено два варианта условных обозначений ОУ — упрощенный (а) и с дополнительными выводами для подключения цепей питания и цепей частотной коррекции (б).