Расчет дифференциального усилителя

Заданы транзисторы КТ313А, обеспечивающие малую величину дрейфа ДУ и имеющие малый тепловой ток и достаточно высокий коэффициент b. Допустимое напряжение U_кэ.max £ 10В. Следовательно, Е_к1=Е_к2 £ 7,5 В. Амплитуда выходного напряжения U_вых=К_UдЕ_г=22 ·9=198 мB может быть обеспечена при Е_к1=Е_к2=6,3B. Меньшие значения Е_к затрудняют построение ГСТ.

При использовании двух источников питания +Е_к1 и – Е_э2 в схеме ДУ по рисунку 2.3 потенциал эмиттеров транзисторов VТ₁, VТ₂ в режиме покоя можно принять равным нулю. Это связано с тем, что падение напряжения в цепях баз транзисторов VТ₁, VТ₂ от тока покоя I_б01R_г очень мало при малых входных токах и, следовательно, база транзистора может считаться заземленной по постоянному току. Тогда потенциал эмиттера отличается от потенциала земли на величину U_бэ01 = U_бэ02= 0,5÷0,7 В для кремниевых транзисторов. Поэтому в первом приближении можно считать, что напряжение нижнего источника (-Е_э2) приложено к ГСТ, а верхнего (+Е_к1) - к транзисторам VТ₁,VТ₂ и резисторам R_к.

Выбираем для транзисторов VT₁ и VT₂ начальную рабочую точку с U_кэ0 = 3В, I_к0=1мА, U_бэ0 =0,45 В. Тогда номинал резистора R_к составляет

R_к = .

В выбранном режиме h_11э=2кОм, b=35,тогда

.

Для увеличения R_вх и выравнивания токов транзисторов VT₁ и VТ₂ введем резисторы R_э, вносящие местную отрицательную обратную связь (ООС) по току транзисторов. Обычно R_э выбирают порядка десятков или сотен ом.

Полагаем R_э =40 Ом, тогда

R_вх.д =6[ ()]=6[2* ]=16.32 кОм

Для уменьшения токовой составляющей погрешности ДУ в базовую цепь транзистора VT₂ включаем резистор R_б=R_г. Проверим, обеспечивает ли ДУ требуемое значение К_Uд. При несимметричном выходе и R_н = ¥

К_Uд= ,

что незначительно нехватает к требуемой величине.

Рассчитаем ГСТ, для чего вначале определим потенциал коллектора транзистора VТ₃ относительно общей шины

Следовательно, падение напряжения на транзисторе VТ₃ и резисторе R₃ составит

Е_э2–U_к3 =6,3–0,51=5,79 В.

При работе ДУ для нормального функционирования транзистора VT₃ в ГСТ необходимо выполнение неравенств

U_кб > 0 и U_кб3 ³U_{кэ нас .}

Выберем потенциал базы транзистора VТ₃ относительно общей шины

U_б3 = –4,5 В, что обеспечит U_кб3 @ 4В. тогда падение напряжения U на резисторе R₄ и диоде VД

U = E_э2 – U_б3=6,3–4,5=1.8 В.

Падение напряжения на резисторе R₃

U_R3=U – U_бэ03=1,32–0,5=0,82 В.

Здесь U_бэ03=0,5 В при I_к03=I_к01= I_к02=2мА. Тогда сопротивление резистора R₃

R₃=U_R3/I_к03=0,82/2=0,41 кОм;

Выберем ток делителя R₄,R₅, равным коллекторному току транзистора VТ₃, т.е. I_дел =2 мА. Тогда:

R₅= (Е_к2 –U)/I_дел=4,98/2=2,49 кОм.

Для определения номинала резистора R₄ необходимо прежде выбрать диод VД. Целесообразно в качестве диода применить транзистор КТ307Б в диодном включении, что обеспечит хорошую температурную компенсацию изменения U_бэ транзистора VТ₃ вследствие одинаковых ТКН диода и транзистора VT₃. По входной характеристике транзистора КТ307Б при I_э=2мА величина U_д = U_бэ0 =0,5В и поэтому

кОм.

Рассчитаем коэффициент усиления синфазного сигнала К_{u сф несим} при несимметричном выходе ДУ, имея в виду, что вместо резистора R_э в схеме ДУ с ГСТ следует учитывать сопротивление R_вых3 транзистора VТ₃ c введенной отрицательной обратной связью по току через резистор R₃.

где

.

При значениях сопротивлений элементов:

; R₃ = 410 Oм;

; r_б3 = 100 Ом и

R₄||R₅=2,49||0,41=0,505 кОм R_вых3 будет равно

R_вых3 = кОм.

Тогда коэффициент усиления синфазного сигнала

К_{U сф несим} = ,

и коэффициент ослабления синфазного сигнала

К_ос.сф =

Литература

1. Работы учебные. Фирменный стандарт ФС РК 10352-1910-У-е-001-2002. Общие требования к построению, изложению, оформлению и содержанию. – Алматы: АИЭС, 2002. – 31 с.

2. Головатенко-Абрамова М.П., Лапидес А.М. Задачи по электронике. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 112 с.

3. Расчет электронных схем. Учебное пособие для вузов. /Г.И.Изъюрова и др. – М.: Высшая школа, 1987.‑335 с.

4. Жолшараева Т.М. Микроэлектроника. Полупроводниковые приборы: Учебное пособие. ‑ Алматы: АИЭС, 2006. – 79 с.

5. Нефедов А.В. Транзисторы для бытовой, промышленной и спе-циальной аппаратуры: Справочное пособие. – М.: Солон-Пресс, 2006. – 600 с.

6. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник. /Под редакцией Б.Л.Перельмана. – М.: Радио и связь, 1982. – 656 с.

7. Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник. – М.: «СОЛОН», «МИКРОТЕХ», 1996. – 176 с.

8. Жолшараева Т.М.. Схемотехника 1. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050704 –Вычислительная техника и программное обеспечение. – Алматы: АИЭС, 2008. – 50 с.