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 = Δ U _КЭ/Δ I _К. Ввиду малого наклона выходных характеристик к оси тока I _К при сравнимых значениях U _КЭ0 и Δ U _КЭ приращение тока Δ I _К значительно меньше его стационарного значения I _К0. Поэтому r_i» R ₀.

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 I ₂ оказывается равным току I ₁. Если первый каскад данной схемы считать входным, а второй — выходным, то из равенства I ₂ = I ₁ следует, что выходной ток I ₂ повторяет или отражает входной ток I ₁. 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 персходов U _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 I ₁ 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).