 |
 |
 |
 |
И называется токовым зеркалом. Предположим, что транзисторы Qg и Qi совершенно идентичны и напряжения база-эмиттер у них равны. В этом случае коллекторные токи обоих транзисторов одинаковы, т. е. /g = /4. Следовательно, любой ток через q3 будет «зеркальным отражением» тока через q4.
Проведем сначала анализ схемы в состоянии покоя (т. е. при отсутствии входного сигнала) и предположим, что дифферен-
Рис. 4.15. Малосигнальная эквивалентная схема для узла -Q.
циальный усилитель сбалансирован, т. е. /1 = /j. Поскольку /, = /з и /з= /4, по закону Кирхгофа получим /о = 1в, + Is, =
Если подать переменное входное напряжение vi на дифференциальный усилитель, то получим два различных переменных тока: /4 = гз = = gfi и 4 = -gfli. Поскольку го = гг- к, имеем го = -gpi - gfi ~ -2g,Vi. Когда дифференциальный усилитель работает на чисто резистивную нагрузку Rj и выходное напряжение равно = -ioRb = -gfRbi, коэффициент усиления переменного напряжения такого каскада дифференциального усилителя определяется выражением Ау = vjvi == = gtRb- Обратите внимание, что в данном случае выходное напряжение снимается только с одной стороны дифференциального усилителя, но схема токового зеркала допускает подключение нагрузки к дифференциальному усилителю с обеих сторон.
Чтобы более подробно исследовать коэффициент усиления по напряжению дифференциального усилителя с активной нагрузкой в виде схемы токового зеркала, воспользуемся малосигнальнои эквивалентной схемой, приведенной на рис. 4.15 (показана только часть дифференциального усилителя). В этой схеме go2 " got
Ли.(/) =
gi[l +/« (Ct/gt)}
1+/CUT l+/o)/cui
где t = C,/g-(, a /1 = 1/(2лт). Это выражение показывает, что коэффициент усиления плавно уменьшается при увеличении частоты, причем существует точка излома частотной характеристики на частоте /j.
Теперь рассмотрим схему на рис. 4.16, где показана часть второго каскада усиления, содержащего транзисторы Qg и Q,. Вновь предположим, что все однотипные транзисторы идентичны. В состоянии покоя /, = /2 и /j = /4, тогда /д, = /д, и, следовательно, = / так как коэффициенты передачи по току транзисторов равны. Поскольку = 1в, + Is, и h, = /в„ можно записать, что Iв, = 1в, + /в, и в итоге 1с, h + h вследствие равенства коэффициентов передачи по току. Поскольку /3 + /4 = ни "°"унм /с, = /) + /2 = /q. Таким образом, источ-
к тока /q определяет начальный ток не только самого диффе-р "JbHoro усилителя, но и задает начальный ток транзисторе-Q, второго каскада.
динамические выходные (или коллекторные) проводимости транзисторов и Qi соответственно, а и - выходные емкости. Проводимость gi и емкость С{ относятся к следующему каскаду. Источник тока gp, соединенный с узлом С4, соответствует переменному току, вырабатываемому Q4, который повторяет переменный ток через Qg, а следовательно, и через Q,.
Запишем уравнение узловых потенциалов (из закона Кирхгофа) для узла Ci-Ci.
2gfV, = у„ [ig2 + goi + gi) + /«(С 02 + Co4 + Ci)],
откуда
Av, = Vo/Vi ==
= 2gf/[(go2 + goi + gi) + /«(C02 + C„4 + Ci)] =
= gt/(gi + i<Ct), (4.67)
где gt = ga2 + goi + gi, a Cf = C„2 + С04 + С,. Коэффициент усиления на нулевой частоте (постоянный ток) определяется выражением
AvA0) = 2gf/gi. (4.68)
В общем случае выражение для коэффициента усиления каскада дифференциального усилителя имеет вид
Коэффициент усиления по напряжению первого каскада (диф ференцнальный усилитель) на нулевой частоте будет А у (0) =i = 2g g(, gt = go2 + go4 + gie- Для выходных проводимостей транзисторов можно записать следующие уравнения:
ёо2 г/УА (прп) hilVА (прп)> ёо4 ~ А (рпр) ~ q/2VА (рпр)у
(4 70)
где Va - напряжение Эрли транзистора, или коэффициент моду, ляции ширины базы (см. приложение Б).
в, о-
-о в.
Первый каскад
Второй каскад
Рис. 4.16. Дифференциальный усилитель с активной нагрузкой в виде схемы
токового зеркала.
Входная проводи.мость второго каскада, gt, соответствующая базе транзистора Qe, равна gt, - 1в,/2пУт, где п - безразмерный коэффициент, обычно около 1,5. Поскольку 1в, = /с,/Рб = = /с,/РбР7 = /«г/РбР/, последнее уравнение можно переписать в виде = /q/(PgP72«1/7-). Множитель 2 перед Vt связан с тем, что второй каскад представляет собой составной транзистор Дарлингтона и входное напряжение приложено к двум переходам база-эмиттер, включенным последовательно.
Рассмотрим конкретный пример, для этого зададим следующие параметры: Va (прп) ~ Va (рпр) = 200 В (минимум) и р = 50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 [ 87 ] 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193