|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы 1.5. Проектирование дифференциальных каскадов В процессе проектирования дифференциальных каскадов рассматриваются взаимозависимости различных параметров. Настоящий раздел может служить руководством при использовании этой книги для расчета дифференциальных каскадов: здесь указываются те основные характеристики, на которые оказывают влияние конкретные схемные рещения, и, кроме того, даны ссылки на другие разделы, где более подробно освещены отдельные вопросы. При выборе элементов схемы приходится учитывать противоречивые требования по усилению и полосе пропускания, синфазному подавлению и допускам на рассогласования компонентов и т. д. Рассматриваются схемотехнические усовершенствования, которые позволяют улучшить ряд параметров без существенного ухудшения других и, таким образом, избежать некоторых компромиссных решений. Характеристики, охБгЗтываемые в процессе проектирования, включают усиление, полосу пропускания, входное сопротивление, диапазон синфазных сигналов и величину коэффициента их подавления, входные токи и напряжение смещения, температурный дрейф, скорость нарастания и параметры шума. При обсуждении используются простейшие схемы каскадов, показанные на фиг. 1.28. В случае бипалярных транзисторов тока коллектора /с выбирается из соображений получения малых входных токов смещения /д-и одновременно обеспечения достаточных величин выходного тока и скорости нарастания.  V.6 Vi Фиг. 1.28. Простейшие дифференциальные каскады. dt ~~ С где С -емкость нагрузки. Использование данного выражения с учетом чувствительности к выходному току позволяет выбрать режим, соответствующий минимуму входного тока, разностного тока и их дрейфа, в пределах, ограниченных требованиями по скорости нарастания. При рассмотрении больших диапазонов уровней коллекторного тока зависимость малосигнальной частотной характеристики от величины /с начинает оказывать влияние на этот выбор, потому что требуемая величина емкости корректирующего конденсатора может изменяться в зависимости от /с. Токи покоя транзисторов каскада равны Входные токи представляют собой базовые токи транзисторов, и их величины прямо пропорциональны токам коллекторов. Протекание базовых токов через сопротивления источников сигналов вызывает появление входного напряжения погрешности. .В случае равенства сопротивлений аналогичная погрешность возникает вследствие разности этих токов, именуемой разностным входным током. Входные токи сильно зависят от температуры (см. гл. 2). При работе с выхода предшествующего дифференциального каскада входные токи и их температурный дрейф приводят к дрейфу нагружаемого каскада (см. гл. 4). В каскадах на полевых транзисторах ток стока чаще всего выбирается соответствующим режиму с нулевым температурным коэффициентом. При этом достигается минимальный дрейф по напряжению, приведенный к входу, как будет показано в следующей главе. Чувствительность каскада к изменениям тока на выходе и скорость нарастания под емкостной нагрузкой прямо связаны с величинами токов смещения. Малые разбалансы между выходными токами, рассматриваемые в гл. 4, вызывают появление значительного напряжения смещения и дрейфа, приведенных к входу. При работе на емкостную нагрузку, например в случае каскадов с цепью коррекции, исследуемых в гл. 5, скорость изменения выходного напряжения ограничена током, необходимым для перезаряда конденсатора. Этот ток обычно представляет собой по величине сумму коллекторных токов первого каскада, поскольку входной сигнал может полностью закрыть один из транзисторов каскада для того, чтобы весь ток, задаваемый резистором Rcm, пошел на заряд конденсатора. Таким образом, скорость нарастания на выходе биполярного транзисторного каскада равна de 2/ 52 - . . - Глава 1 Rcm После того как выбран режим по току, рабочие точки каскада по напряжению определяются выбором сопротивлений. Величины сопротивлений резисторов в цепях коллекторов Rc или резисторов в цепях стоков Rb выбираются исходя из условий обеспечения необходимого коэффициента усиления и размаха выходного напряжения. При этом учитываются ограничения, накладываемые на режим диапазоном синфазного сигнала. Согласно уравнениям (1.2) и (1.9), коэффициенты усиления каскада пропорциональны величинам сопротивлений резисторов в цепях коллекторов или стоков. Стабилизация соответствующих коэффициентов производится в эмиттерах или истоках местной отрицательной обратной связи резисторами Re или Rs, уменьшающими чувствительность каскада к изменениям динамических сопротивлений эмиттерных переходов Ге или величин крутизны характеристики gfs. Оба указанных параметра зависят от температуры; величины gfs имеют большой разброс. Кроме того, согласно выражению (1.4), резисторы в цепях эмиттеров существенно увеличивают входное сопротивление для дифференциального сигнала. Уровень постоянного выходного напряжения Ео при заданной величине тока каскада, определяемой, выбором резистора Rcm, обусловлен величинами Rc или Rd-В случае каскадов, показанных на фиг. 1.28, увеличение синфазного сигнала уменьшает напряжения коллектор - база или затвор - исток, и диапазон синфазных напряжений на входе ограничивается насыщением. Работа в активной области обеспечивается при положительных напряжениях на коллекторе относительно базы или при напряжениях затвор - исток, превышающих некоторую минимальную величину Vs. Допустимое синфазное напряжение положительной полярности для входных каскадов на биполярных транзисторах равно y-lCM+m&x- 2/? -4- Р СМ С Аналогичное выражение в случае полевых транзисторов имеет вид (Е ) - см (-ь - Vs) + Rd (Уos + яз + -) \1СМ+)т&х- 9Р J- Р Воздействие входного синфазного сигнала отрицательной полярности сопровождается уменьшением тока каскада, что ограничивает его максимальный размах. Стабилизация токов коллекторов или стоков при воздействии синфазных сигналов и уве- 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 |