Дифференциальный усилитель Советский патент 1985 года по МПК H03F3/45 

1113 Изобретение относится к усилительной технике и может быть использовано в а-налоговой и измерительной технике ;и приборах для научных исследований. Известен дифференциальный усилитель , содержащий входной каскад, один вывод которого через токовый повторитель подключен к одному источнику питания, а другой - к коллектору первого транзистсфа, эмиттер которого че.рез резистор подключен к другому источнику питания, а база соединена с коллектором и базой другого транзистора в. диодном включении Однако этот дифференциальный усиhHTejprb обладает недостаточно высокой стабильностью параметров при изменении напряжения источников питания. Наиболее близким к предложенному по технической сущности является диф ференциалышй усилитель, содержащий входной каскад, выполненный по дифференциальной схеме на транзисторах, коллекторные цепи которого подключе-т ны к выводу первого источника пита:ния, а общая эмиттерная цепь - к вы:ходу генератора тока, выполненного на первом и втором tpaH3KCTopax,причем база первого транзистора соединена через первый резистор с выводом первого источника питания и непосред ственно с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с выводом второго источника питания и с эмиттером первого транзистора, а также прямосмещенный диод, катод которого соединен с выводом второго источника С2 . Однако известный дифференциальный усилитель обладает недостаточно высокой стабильностью параметров (напряжение смещения и входной ток) при изменении напряжения источника питания. Цель изобретения - повышение стабильности. Поставленная цель достигается тем что в дифференциальном усилителе,, содержащем входной каскад, выполненный по дифференциальной схеме на транзисторах, коллекторные цепи которого подключены к вьтоду первого источника питания, а общая эмиттерная цепь - к выходу генератдра тока, выполненного на первом и втором траН зисторах, причем база первого транвистора соединена через первый резис тор с выводом первого источника питания и непосредственно с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с выводом второго источника питания и с эмиттером первого транзистора, а также прямосмещенный диод, катод которого соединен с выводом второго источника питания, между базой второго транзистора и анодом прямосмещенного диода включен второй резистор, а между базой второго транзистора и выводом второго источника питания введен третий резистор, причем величины сопротивлений второго и третьего резисторов выбраны из соотношения 1,2 1,4, 5 где IR, - ток через третий резистор-, 1д - ток через второй резистор. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема дифференциального усилителя. Устройство содержит входной каскад 1 первый 2и второй 3 источники питания, генератор 4 тока, первьтй 5 и второй 6 транзисторы, прямосмещенньй диод .7, первый 8, второй 9 и третий 10 резисторы. Дифференциальный усилитель работает следующим образом. При протекании тока через второй транзистор 6 его величина определяется величиной сопротивления первого резистора 8 и напряжением источников питания. Напряжение база-эмиттер второго транзистора 6 определяется этим током и вольтамперной характеристикой р-п-перехода, причем этот транзистор должен быть биполярным. При отсутствии второго резистора 9 ток че- рез первый транзистор 5 определяется вольтамперной характеристикой прямосмещенного диода 7, а так как вольтамперные характеристики полупроводникового диода и перехода база-эмиттер подобны, то ток взводного каскада 1 пропорционален току через второй транзистор 6. При изменении напряжения источников питания пропорциональнб изменяется ток второго транзистора бив свою очередь пропорционально изменяется ток входного каскада 1, что приводит к изменению входного тока из-за конечности величины BCT и напряжения смещения из-за разброса транзисторов входного каскада 1. Изменение напряжения источника питания на 10% вызывает изменение напряжения смещения на 20-25%. Уменьшение зависимости напряжения смещения и входных токов от изменени напряжения источников питания достигается следукицим образом. Включение последовательно с прямосмещенным диодом 7 второго резистора 9 увеличивает динамическое сопротивление этой цепи, и, следовательно, изменение напряжения база-эмиттер второго транзистора 6 вследствие изменения тока через этот транзистор вызывает значительно меньшее изменение тока входного каскада t, а следовательно, и напряжения смещения и входного тока. Однако вследствие разности напряжений на прямосмещенном диоде 7 и переходе база эмиттер второго транзистора 6 напряжение на третьем резисторе 10, а следовательно,И ток входного каскада 1 имеют температурньй коэффициент, равный примерно +р,33%/°С,что вызывает дополнительный температурньй дрейф напряжения смещения и входного тока. Для получения нулевого температзфнрго коэффициента тока входного каскада 1 параллельно цепи из второго резистора 9 и прямосмещенного диода 7 следует подключить элемент, ток через которьы имеет отрицатель- ньй температурньй коэффициент. Известно, что при средник уровнях инжекции температурньй коэффициент напряжения на p-h-переходе равен -(1,8 -2,5) . Таким образом, подключа третий резистор 10, ток через который имеет отрицательньй температурный коэффициент указанной величины, и выбирая токи через цепь из второго резистора 9 и прямосмещенного дио да 7 и через третий резистор 10 обратно пропорциональными температурным коэффициентам этих токов, получа ем температурный коэффициент тока . входного каскада 1, равный нулю. Требуемое соотношение токов можно определить следующим образом. Введем следующие обозначения: ток в цепи второго резистора 9 и пря- мосмещенного диода ток через третий резистор 10, сопротивление второго резистора 9 Rg; сопрЬтивЛение третьего резистора 10 начальная температура t,; текущая температура t; напряжение на переходе база-эмиттер второго транзистора 6 при начальной температу{)е U-, , а при текущей ot . температуре напряжение на прямо7 при начальной тем- смещенном диоде пературе U,, а при текущей температуре энергетическая зона полупроводника аВд (для кремния Л&0 1,205 В). Напряжения на переходах база-эмит тер второго транзистора 6 и прямосмещенного диода 7 (транзистор в диодной вклкгченни) при текущей температуре определяются по известной формуле: U, «.Е().и„,-; и, ае(1- p)-Uj,, . (--о-оДифференцируя формулы (1) и (2) по температуре, получаем соответствующие температурные коэффициенты напряжения.. dt to «JU7 Uot-aEo „ . Температурный коэффициент напряжения на третьем резисторе 10 равен температурному коэффициенту напряжеНИИ на переходе база-эмиттер второго транзистора 6, а температурный коэффициент тока через него 1 равен т т --i/R кТ« at 7 R t Температурный коэффициент напряжеия на втором резисторе 9 равен разости температурных коэффициентов на ереходах второго транзистора 6 и рямосмещенного диода 7, а темпераурньй коэффициент тока через него -, равен (iMi ау4./ ; Уег:Уо..(4) dt at Ryt Ток питания входного каскада 1 I равен сумме токов через цепь из второго резистора 9 и прямосмещенного диода 7 и третий резистор 10, а его температурный коэффициент равен сумме температурных коэффициентов этих токов: ,,„. с учетом формул ,о. Принимая (3) и .(4) получаем UiLii fi. 4. у оэ-уо

У..- Ji

UM-UO ........

R7

R7 как

i- I,

(5)

и ySirUiUi (при t). Tol, .т

« и R,- .f- ,

Подставляя в формулу (5) полученное выражение для R, получаем искомоб соотношение токов 1 и ,, требуемое для получения нулевого температурного дрейфа тока питания входного каскада 1:

-r 2гХ-

При обычных значениях Up|(0,65-r О,7)В получаем

1, «(1,4-i;2) Ip.

Таким образом, зависимость напряжения смещения и входного тока от изменения напряжения источников питания значительно уменьшается.

При изменении напряжения источников питания на 50% напряжение смещения изменяется на 10-15%, а входного тока на 5-7%.

ДИФФЕРЕНЦИАПЬИЙ УСИЛЖЕЛЬ, содержащий входной каскад, выполненный по дифференциальной схеме на транзисторах, коллекторные цепи которого подключены к выводу первого источника питания, а общая эмиттерная цепь - к выходу генератора тока, выполненного на первом и втором тран- , зисторах, причем база первого транзистора соединена через первый резис|тор с выводом первого источника питания и непосредственно с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с выводом второго источника питания и с эмиттером первого транзистора, а также прямосмещенный диод, катод которого соединен с выводом второго источника питания, отличающийся retif что, с целью повышения стабильности, между базой второго транзистора и анодом прямосмещенного диода включен второй резистор, а между базой второго транзистора и выводом второго источника питания введен третий резистор, причем величины сопротивлений второго и (Л третьего резисторов выбраны из соотнспвенкя -iL 1,4, 1,2 R. где IR - ток через третий резистор; - ток через второй резистор. RS со О) 00 о сл

5.7

- и