Источник тока для дк

Для схем (рис. 2 и 4) источником тока является транзистор VT3. Ток коллектора этого транзистора равен сумме токов транзисторов VT1 и VT2.

I_{K VT3}= I_{K VT1}+ I_{K VT2}

В случае применения составных транзисторов необходимо учитывать сумму токов всех дифференциальных пар транзисторов.

Схема смещения уровня

Отказ от разделительных конденсаторов при соединении отдельных каскадов ИС требует применения элементов, обеспечивающих исключение постоянной составляющей выходного напряжения дифференциального каскада для получения на выходе эмиттерного повторителя нулевого потенциала.

Один из вариантов схемы смещения уровня (ССУ) показан на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема смещения уровня

Она представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе VT₄, принцип работы и параметры которого будут рассмотрены ниже. Эмиттерная цепь состоит из резистора R₆ и источника стабильного тока на транзисторе VT₅, обеспечивающего постоянство тока I_{К VT5}. Уровень постоянной составляющей напряжения на выходе ССУ по сравнению с ее значением на входе сдвинут на величину

U= U_{БЭ VT4} +I_{K VT5}R₆. (12)

Для напряжения сигнала коэффициент передачи ССУ будет равен

,

(13)

где R_{ВХ ЭП} – входное сопротивление следующего каскада (ЭП).

В данной формуле пренебрегаем выходным сопротивлением источника тока (VT₅), так как оно значительно больше сопротивления R_{ВХ ЭП}.

Температурную стабильность можно увеличить включением в цепь базы одного (VD₁), как показано на рисунке 5, или двух диодов.

Эмиттерный повторитель

Принципиальная схема эмиттерного повторителя (ЭП) показана на рисунке 7.

Коэффициент передачи эп равен

(14)

где R_{ЭКВ Н} эквивалентное сопротивление нагрузки ЭП, состоящее из параллельно включенных R₈ и R_Н.

Входное сопротивление

R_{ВХ Э}= h_{11Э VT6}+ (h_{21Э VT6} +1)R_{ЭКВ Н} (15)

Выходное сопротивление ЭП равно

, (16)

где R_ИСТ – сопротивление источника сигнала, стоящего перед ЭП. Если перед ЭП стоит ССУ, то R_ИСТ ≈ R₆.

Рисунок 7 – Эмиттерный повторитель

Таким образом, коэффициент передачи ЭП немного меньше единицы, но он обладает высоким входным и низким выходным сопротивлениями.

Порядок расчета усилителя

1 Расчет усилителя начинается с расчета выходного каскада, т.е. эмиттерного повторителя.

Вычисляем ток нагрузки

I_Н~ = U_ВЫХ / R_Н (15)

Затем определяем постоянную составляющую тока эмиттера ЭП, который должен превышать ток нагрузки в 2-3 раза I_ЭП-=(2-3)∙I_Н.

Отсюда сопротивление в цепи эмиттера ЭП составит

R_Э= U_П2 / I_ЭП- (16)

Определяется мощность рассеивания на коллекторе транзистора

P_К =U_КЭ· I_К0, (17)

где можно принять I_К0≈ I_ЭП-.

Выбирается бескорпусной БТ, у которого максимальная мощность рассеивания на коллекторе Р_{К max} больше, чем рассчитанная выше.

По выходным или передаточным характеристикам транзистора в рабочей точке (РТ) при U_КЭ=U_П1 определяем ток базы. Затем в этой же точке определяем коэффициент передачи тока базы h_21Э= ΔI_К / ΔI_Б , и по входным характеристикам определяем входное сопротивление транзистора

h_11Э=ΔU_БЭ /ΔI_Б .

Из входных характеристик определяем также постоянное напряжение база-эмиттер транзистора U_БЭП-.

Рассчитываем коэффициент передачи ЭП по формуле

, (18)

где R_НЭ=(R_Э ∙R_Н)/(R_Э+R_Н)

и входное сопротивление по переменному току

R_{ВХ ЭП~}=h_11Э+(h_21Э+1)∙R_{Н Э}

Напряжение сигнала на входе ЭП должно составлять

U_{ВХ ЭП}= U_ВЫХ/К_{U ЭП}

Переменный входной ток ЭП составляет

(19)

Более точнее параметры h_11Э и h_21Э можно найти используя программу EWB.

2 Затем рассчитывается ССУ (рис 6).

Ток коллектора I_{К VT5} источника тока VT₅ (а так же ток эмиттера транзистора VT₄) должен примерно на порядок превышать амплитуду входного переменного тока ЭП I_{ВХ Э~}.

Падение напряжения на резисторе R₇ рекомендуется брать примерно 0,2-0,4 от напряжения питания U_П2.

Мощность рассеивания на коллекторе P_{К VT5} = U_КЭ· I_{К VT5}.

Выбираем транзистор, у которого Р_{К max} > P_{К VT5}.

Из выходных характеристик в РТ определяется ток базы транзистора VT₅. А по входным характеристикам определяем постоянное напряжение база-эмиттер транзистора VT₅ U_БЭ- и h_{11Э VT4} ≈ h_{11Э VT5}.

Напряжение U_КЭ дифференциального каскада составляет примерно половину напряжения питания U_П1. А напряжение между коллектором БТ дифференциального усилителя и выходом ЭП (которое равно нулю) составляет

0,5∙U_П1= U_{ЭБ VT4}+ I_{Э VT4}∙ R₆ + U_{ЭБ ЭП}.

Тогда резистор

R₆ = (0,5∙U_П1 - U_{БЭ VT4} -U_{БЭ ЭП}) /(I_{К VT5} + I_{Б ЭП})

Коэффициент передачи схемы смещения равен коэффициенту передачи ЭП на транзисторе VT₄ умноженному на коэффициент передачи цепочки R₆ и R_{ВХ ЭП}. Считаем, что сопротивление источника тока транзистор (VT₅) равно бесконечности. Для определения коэффициента передачи ЭП на транзисторе VT₄ находим его параметры h_21Э, и h_11Э.

,

где R_НЭ=R₆+R_{ВХ ЭП}

Если необходимо увеличить коэффициент передачи, то можно увеличить ток источника тока (VT₅), это приведет к уменьшению величины резистора R₆ и, следовательно, возрастет K_{U СС}.

R_{ВХ СС}=h_11Э +(h_21Э +1)∙R_{Н Э}

Для того, что бы использовать один делитель напряжения R₄ и R₅ для источников тока схемы смещения и дифференциального каскада (см. схему рис. 2) берем напряжение на базах транзисторов равным U_БVT5= U_БVT3=(0,6-0,7)U_П2. Тогда напряжение на резисторе R₇ будет равно

U_R7=U_П2 - U_БVT5- U_{БЭ VT5}.

Величина резистора в цепи эмиттера определяется

R₇= U_R7/I_ЭVT5 =U_R7/(I_КVT5 +I_БVT5)