Составных транзисторов

Цель работы. Изучение принципа работы и исследование характеристик простейших усилителей на биполярных, полевых и составных транзисторах, включенных по схемам ОЭ, ОК (ОИ, ОС).

На составном транзисторе 7\6, Т1д выполнен усилитель напряжения, нагрузкой которого служит полевой транзистор Т17. На выходе микросхем применен бестрансформаторный усилитель мощности на составных транзисторах Т20, Т22 и Т23, Т^.

53. Принципиальные схемы: двухтактного эмиттерного повторителя на комплементарной паре биполярных транзисторов (а) и двухтактного усилителя мощности на основе операционного усилителя и двухтактного эмиттерного повторителя на составных транзисторах (б)

Использование ДК на составных транзисторах, включенных по схеме Дарлингтона ( 7.3, в), обеспечивает увеличение входного сопротивления каскада до 20 МОм и уменьшение входных

а — простого; б — на комплементарных транзисторах; в — на составных транзисторах (схема Дарлингтона); г — с каскодным включением супербета-транзисторов

а — с транзистором в качестве нагрузки; 6 — на составных транзисторах; в — с заданием рабочей точки от специальной схемы смещения

Дальнейшее развитие полупроводниковой технологии, жесткие требования к габаритам и стоимости электронной аппаратуры, возросшие требования к полосе пропускаемых частот и минимизации искажений привели к тому, что в настоящее время основными схемами стали бестрансформаторные схемы усилителей мощности. Так как все сказанное выше о преимуществах двухтактных схем и режимах В остается в силе для бестрансформаторных схем, они остаются основными при построении усилителей мощности. В бестрансформаторных схемах широко используются транзисторы, включенные как по схеме с ОЭ, так и ОК. Это объясняется тем, что при работе непосредственно на низкоомную нагрузку коэффициенты усиления по мощности обоих схем мало отличаются друг от друга. В каскаде используются транзисторы как одной, так и разных типов электропроводности (такие каскады носят название каскадов с дополнительной симметрией). Широко используют каскады на-составных транзисторах.

На 4. 18, г показана принципиальная схема усилителя мощности с высокой выходной мощностью. Здесь двухтактный усилитель с дополнительной симметрией выполнен на составных транзисторах, в которых использованы транзисторы 1/5 и V6 большой мощности и транзисторы V3 и V4 малой мощности. В предварительном каскаде применен также маломощный транзистор VI. Важной особенностью схемы является подключение сопротивления смещения R6 к точке соединения конденсатора С и сопротивления нагрузки R». Такое подключение, не изменяя сопротивления R6 по постоянному току (R^^Rn), резко увеличивает динамическое сопротивление коллекторной цепи каскада предварительного усиления на VI. Действительно при появлении переменного напряжения на коллекторе транзистора VI появляется почти такое же напряжение (коэффициент передачи эмиттерного повторителя стремится к единице) на сопротивлении нагрузки RH, так как разность потенциалов на сопротивлении R6 стремится к нулю, а следовательно, динамическое сопротивление первого каскада стремится к бесконечности. Возрастает коэффициент усиления этого каскада и, что особенно важно, растет максимальная амплитуда, позволяющая получить на выходе напряжение, близкое к Ек/2.

занного на 4.21, а. Первый каскад этого усилителя был рассмотрен выше (см. 4.20, б) и поэтому дополнительных объяснений не требует. Второй каскад выполнен на составных транзисторах V6 и V7, включенных по схеме с ОЭ с динамической нагрузкой на транзисторе V8 и двухтактном эмиттерном повторителе на транзисторах V9, V10. Транзистор V6 работает в микротоковом режиме, включен по схеме с ОК., резко увеличивает входное сопротивление второго каскада и исключает шунтирование точки А. В качестве его эмиттерного сопротивления используется база-эмиттерный переход транзистора V7, 138

ние. Структурная схема тайглера приведена на 9.13, а его принципиальная электрическая схема - на 9.14. Таймер построен на основе двух компараторов напряжений. На входе первого из них имеется дифференциальный каскад на составных транзисторах Т\ - Тз и Гз - Тц с динамическими нагрузками в коллекторах » виде р-;г-р-транзисторных структур Т$ и Tg в диодном включении. Выходной каскад / компаратора построен на дифференциальной паре Tf, — TI, которая одновременно обеспечивает преобразование двухфазного сигнала в однофазный. Неинвертир) ющий вход 6 этого компаратора используется для установки порога, а инвертирующий подключается к внутреннему делителю напряжения с выходом на вывод 5, предназначенный для подачи управляющего напряжения.

4.11. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА СОСТАВНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Выходные группы, образованные из квазикомилементарных транзисторов ![1] представляют интерес для полупроводниковых ИМС, так как изготовление мощных комплементарных транзисторов для них связано с известными технологическими трудностями. Достоинство такого рода усилителей — в более низкой стоимости двух однотипных транзисторов по сравнению с комплементарной парой, что существенно при массовом производстве недорогих устройств. На 6.15 изображена схема рассматриваемого вида усилителя, особенностью которого является использование составных транзисторов в первом плече вида ОК — ОК и {!] вида ОЭ — ОЭ (или ОЭ — ОК — ОЭ) во втором плече.

Операционные усилители К140УД2, К153УД1 имеют более высокое входное сопротивление. Достигается это применением во входных каскадах составных транзисторов. Выходное сопротивление этих микросхем меньше, чем К140УД1, коэффициент усиления при разомкнутых внешних обратных связях от 20 000 до 200 000.

Для получения большего /С при неизменном ?ф (за счет увеличения X) и меньшего гвых целесообразно, чтобы R было как можно меньше, для чего, согласно (VI.116), следует уменьшить величину Кб\ или увеличить р. Уменьшение величины Ro\ связано с ростом емкости Сб [см. выражение (VI.107)], что не всегда желательно, а рост р возможен при< использовании составных транзисторов.

ИМС) достигнуто благодаря применению составных транзисторов, повышающих коэффициент передачи тока базы торцевых p-n-p-транзисторов (Рсос w 100), высокоомных резисторов (в виде пинч-резисторов R2, Re, RI, RW) и МДП-структуры на Тд, также используемой в качестве высокоомного резистора. На входах усилителей 153УД2, 153УД6 включены эмит-терные повторители на транзисторах TI и TI, выходной ток которых поступает на входы токовых повторителей на Тз и Гф В коллекторные цепи повторителей тока включены транзисторные структуры Гц и Т12 (совместно с Гю) вместо высокоомных резисторов. Использование этих структур в качестве активных нагрузок способстнует повышению коэффициента усиления (достигающего 2000) при сравнительно низковольтном напряжении питания. Последующие каскады (эмиттерный повторитель на транзисторе Тц и усилитель напряжения на Т15) тоже обеспечивают достаточно большое усиление сигнала. Выходной каскад на комплементарных транзисторах T2i, Тц и Тп, работающих в режиме АВ, осуществляет передачу двупо-164

Напряжение Ua имеет небольшое значение, поэтому ток /„и мал, транзисторы Ti и Tt работают в режиме малых токов, что не позволяет получить в первом усилительном каскаде большой коэффициент усиления по напряжению, -Основное усиление обеспечивает второй усилительный каскад, состоящий из составных транзисторов Та, Тъ и Tt Тв и термостабилизирующего транзистора

Таблица 4.1. Схемы составных транзисторов

Таким же образом можно получить расчетные формулы для определения параметров составных транзисторов, приведенных в табл. 4.1. Однако эквивалентные схе-

мы составных транзисторов громоздки для анализа. Поэтому при расчетах усилительных схем на составных транзисторах необходимо пользоваться табулированными данными. В тех случаях, когда не требуется высокая точность расчета, можно использовать упрощенные эквивалентные схемы транзисторов, входящих в составной транзистор.

Четыре схемы составных транзисторов, реализованные на двух биполярных транзисторах VT1 и VT2, изображены на 5.9. Все схемы выполнены по схеме с ОК. Чтобы параметры составных транзисторов различались незначительно, в качестве верхнего и нижнего плеч одной двухтактной схемы оконечного каскада следует применять составные транзисторы либо на 5.9, а и г, либо на рис, 5.9, б и в. В этом случае выходные транзисторы VT2 одного типа проводимости и их параметры могут иметь меньший разб Следовательно, симметрия .плеч двухтактного выходного каскада улучшится.

Все выводы, сделанные для схем составных транзисторов (см. 5.9), в равной степени можно отнести и к схемам составных транзисторов на трех биполярных транзисторах ( 5.12). Здесь, как и в предыдущем случае, составные транзисторы на 5.12, а, г предназначаются для одной двухтактной схемы оконечного каскада,

Рассмотренные схемы составных транзисторов находят применение в бестрансформаторных двухтактных мощных оконечных каскадах. Они позволяют лучше согласовывать сопротивления нагрузки со сравнительно большими выходными сопротивлениями транзисторов и получать высокий КПД и малые нелинейные искажения. Некоторые из рассмотренных схем составных транзисторов довольно просто реализуются по интегральной технологии и используются в различных интегральных усилительных устройствах. Во всех рассмотренных двухтактных усилителях по два источника питания, чго иногда относят к их недостаткам.