Оценим нестабильность, например, однокаскадного усилителя (рис. 5.2) по уровню, отнесенному ко входу. Изменение коллекторного тока под воздействием напряжения AU .[рис. 4.38 и (4.177)]

А/к = /г,1зА[/о/(/гпэ + б), (5.1)

под воздействием ЭДС сигнала Aei

Приравнивая правые части этих равенств, находим

Ae,==AUo. (5.3)

Так же может быть определена и нестабильность эквивалентной ЭДС, отнесенная ко входу, под воздействием A/q:

Ae.RAlo. (5.4)

Из (4.174) и (5.3) видно, что нестабильность простейшего каскада усиления постоянного тока довольно велика. Так, при А/с=10 нестабильность под воздействием AUq составляет 10-2-2 = 22 мВ, а при /?б=1 кОм и А/о=1 мкА равна 23 мВ.

Повышение стабильности достигается при использовании симметричных мостовых схе.м (рнс. 2.30). Естественно, что при изменении температуры или напряжений питания свойства однотипно выполненных плеч будут отличаться меньше, чем, скажем, у транзистора и резистора. Лучшие результаты получаются при введении в эмиттерные цепи дополнительных резисторов (Яэ на рис. 5.2), создающих местную ОС по току, однако из-за ее влияния сопротивления этих резисторов приходится брать сравнительно небольшими. Кроме того, применяются компенсационные методы - введение полупроводниковых диодов (особенно в цепи базы - рнс. 4.39), терморезнсторов и транзисторов, создающих противонаправленный дрейф.

Лучшая стабильность достигается, конечно, при стабилизации напряжения питания и температуры (термостатирование), этому способствует также сокращение времени работы усилителя (после предварительного прогрева при включенных источниках питания) - за небольшое время нестабильность не успевает заметно проявиться, а во время перерыва в работе может быть выполнена очередная установка нуля (если она предусмотрена).

5.1.2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ КАСКАДЫ

Каскад (усилитель), реагирующий на разность напряжений на симметричных входах, называют дифференциальным (рис. 5.3). При этом выходная цепь может быть как симметричной, так и несимметричной относительно общего провода (см. рис. 2.30).

Напряжение на выходе дифференциального каскада согласно его определению

и^=~К{и\-и\). (5.5)

Характерной особенностью дифференциального каскада является его нечувствительность к синфазному сигналу, т. е. напряжениям ul и u i на входах, амплитуда и фаза (полярности) которых совпадают.

Рис. 5 3. Схема однокаскадного дифференциального

усилителя Направления токов г , г и полярность напряжения и , от вечают отсутствию сигнала на втором входе

Действительно, при поступлении на вход напряжения, допустим, положительной полярности изменения коллекторных токов (и напряжений) одинаковы, в результате напряжения и'2 и и 2 продолжают оставаться равныхми, а выходное напряжение U2 = = и'2-и 2 = 0.

Если /?эо = 0 и w i = 0, то ток Г'к = 0, а напряжение и 2 = = -/?к1 к = 0, при этом и'2= -RJk, и 1на БЫходе возникает напряжение 2= 2- 2 = -Rkik со знаком минус и плюс между выводами 3 я 4. Несложно убедиться в том, что если wi = 0, а w i>0, то U2 = u2-u 2=Rv.i к, гдс 1к, 1 к - изменсния (переменные составляющие) коллекторных токов, вызванных напряжениями

и и'\.

При подаче на входы противофазного сигнала, т. е. напряжений, равных по амплитуде i = wi, но противоположных по фазе (при гармоническом сигнале с фазовым сдвигом 180°) u i = = -выходное напряжение U2 = 2RkIk с той же полярностью, что и при и'\ = 0.

При необходимости получения несимметричного выхода сигнал снимают с выводов 3-0 (или 4-0) (ввиду .небольшого сопротивления источника питания точки О, О' и О по переменному напряжению эквипотенциальны). Но в этом случае при /?э = 0 сигнал, поданный на вход 2-О, не поступает на рассматриваемый ны.ход, а это означает, что при синфазном сигнале на выходе 3-О существует только сигнал, поступающий с первого входа, не компенсируемый сигналом на втором входе, т. е. в данных условиях (несимметричный выход при къ = 0) усилитель утрачивает нечувствительность к синфазному сигналу.

Чтобы сохранить это важное свойство и при несимметрично.м выходе, используют достаточно глубокую ОС для синфзного сигнала, осуществляемую с помощью сопротивления /?эо, введенного в общую эмиттерную цепь (рис. 5.3).

При действии синфазного сигнала u i = ui = u\>0 одинаково увеличиваются эмиттерные токи 1э = 1 э = 1э и напряжение, теряемое на сопротивлении Яэо, в результате напряжения на промежутках база-эмиттер ибэ = И1-2/?эо1э и токи U и 1э становятся меньше в число раз, равное глубине ОС. Глубина этой ОС, представляющая собой уменьшение коэффициента передачи синфазного сигнала, определяется с помощью выражений (3.10), (3.22) и (3.23) с

учетом того, чго Z\=R\, 22<С2вых, вхЙцэ, У21~2г/21э и Zb = /?30, и

для малых частот (/->-0) оказывается равной

р -\ I. 113 у Из - 1 I э (5 61

?1 + Лиэ Ri + Ki,

Можно считать, что при несимметричном выходе синфазный сигнал практически отсутствует, т. е. слабо влияет, если Fs составляет по меньшей мере 10 000 (80дБ). При г/21э = 50мСм и /г,1э = /?1 сопротивление /?эо должно быть це менее 200 кОм. Обычный резистор здесь непригоден, так

(рис 53)

Вход! ао-

Sir 4

К базе 1/9 (рис 59)

как теряемое на нем постоянное напряжение оказывается недопустимо большим. Например, если /э =2 мА и /?эо = = 200 кОм, то оно достигает 800 В!

Хорошие результаты получаются, если в качестве /?эо использовать транзистор с местной ОС по току, осуществляемой с помощью резистора R2 с небольшим сопротивлением (рис. 5.4).

Эту комбинацию называют генератором стабильного тока (ГСТ), сопротивление которого можно найти, если приравнять его выходному сопротивлению каскада с ОБ при наличии в цепи базы сопротивления /?б (в данном случае близкого к сумме сопротивлений транзистора V5 в диодном включении и резистора R7 (см. (4.41)). Входящее в выражение (4.41) Rr следует приравнять сопротивлению резистора R2, которое обозначим через /?(2):

1+213 (a)/(ftu9 + /?б)

Рис. 5.4. Принципиальная схема двухкаскадного дифференциального усилителя (часть ОУ типа К140УД1А/Б)

где /гцэ, /1213, /г22э - параметры транзистора VS. Например, у транзистора КТ315Б, работающего в режиме [/кэ = 3 В, /к = 4 мА, /гиэ=1,6 кОм, /1213=130, /i223 = 40 мкСм, выходное сопротивление без местной ОС (/?(2) = 0) равно 1 122э= 1/40=0,025 МОм = 25 кОм, а при включении в цепь эмиттера резистора с сопротивлением