Î Ã Ë À Â Ë Å Í È Å

Ñòð.

Â Â Å Ä Å Í È Å . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

 

Ãëàâà 1. ÁÀÇÎÂÅ ß×ÅÉÊÈ ÀÍÀËÎÃÎÂÕ ÈÌÑ

1.1. Ãåíåðàòîð ñòàáèëüíîãî òîêà . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.1.1. Ïðîñòåéøèé ãåíåðàòîð ñòàáèëüíîãî òîêà (ÃÑÒ) . . . . . . . 13

1.1.2. Òîêîâîå çåðêàëî Óèëñîíà . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.1.3. Àêòèâíé òðàíñôîðìàòîð ïîñòîÿííîãî òîêà . . . . . . . . . 22

1.2. Óñòðîéñòâî ñäâèãà óðîâíÿ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ . . . . 24

1.3. Óñèëèòåëüíé êàñêàä ñ âíóòðåííåé îòðèöàòåëüíîé

îáðàòíîé ñâÿçüþ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.4. Ýìèòòåðíé ïîâòîðèòåëü . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.5. Äâóõòàêòíé óñèëèòåëü ìîùíîñòè . . . . . . . . . . . . . . 31

1.5.1. Êîíñòðóêöèÿ è ïðèíöèï äåéñòâèÿ . . . . . . . . . . . . . . 31

1.5.2. Îöåíêà òðåáóåìîãî çíà÷åíèÿ . . . . . . . . . . . . . 34

1.5.3. Ðàñ÷åò çàäàþùåãî óñòðîéñòâà âõîäíîãî êàñêàäà . . . . . . 35

1.5.4. Ðàñ÷åò ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè ïî òîêó . . . . . . . 37

1.5.5. Ðàñ÷åò ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè ïî íàïðÿæåíèþ . . . 38

1.6. Äèôôåðåíöèàëüíé óñèëèòåëü ïîñòîÿííîãî òîêà . . . . . 40

 

Ãëàâà 2. ÏÐÎÑÒÅÉØÈÅ ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÅ ÓÑÒÐÎÉÑÒÂÀ ÀÍÀËÎÃÎÂÕ ÈÌÑ

 

2.1. Óñèëèòåëü ñèíóñîèäàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ íèçêîé ÷àñòîò (ìèêðîñõåìà Ê123ÓÍ ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.1.1. Ðàñ÷åò ðåæèìà ïîêîÿ òðàíçèñòîðîâ òðåõêàñêàäíîãî óñèëèòåëÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.1.2. Ðàñ÷åò êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ è

âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

2.1.3. Ðàñ÷åò âõîäíîãî óñòðîéñòâà . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.2. Îïåðàöèîííé óñèëèòåëü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

2.2.1. Îïðåäåëåíèå òîêà ÃÑÒ 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

2.2.2. Ðåæèì ïîêîÿ äèôêàñêàäîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

2.2.3. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïåðâîãî êàñêàäà . . . . . . . 68

2.2.4. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà âòîðîãî êàñêàäà . . . . . . . .70

2.2.5. Ðåæèì ïîêîÿ è ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà âõîäíîãî

êàñêàäà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Ïðèëîæåíèå . ÐÅÀËÈÇÀÖÈß ÐÀÑ×ÅÒΠÍÀ ÊÎÌÏÜÞÒÅÐÅ .84

Ë È Ò Å Ð À Ò Ó Ð À . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

 

 

Â Â Å Ä Å Í È Å

 

Ìèêðîñõåìîòåõíèêà - îäíà èç òðåõ ñîñòàâíõ ÷àñòåé ìèêðîýëåêòðîíèêè è ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñèñòåìó ïðèíöèïîâ, ìåòîäîâ è ñïîñîáîâ ïîñòðîåíèÿ ðàçëè÷íîãî ðîäà èíôîðìàöèîííî-ïðåîáðàçîâàòåëüíõ óñòðîéñòâ è ðàäèîýëåêòðîííîé àïïàðàòóð ( ÐÝÀ ) â öåëîì íà îñíîâå êîìïëåêñíîãî èñïîëüçîâàíèÿ ñïåöèôè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìèêðîîáúåìîâ ïîëóïðîâîäíèêîâ, äèýëåêòðèêîâ è ïðîâîäíèêîâ, à òàêæå ïðîöåññîâ, ïðîòåêàþùèõ â ýòèõ îáúåìàõ è íà èõ ãðàíèöàõ.

Ðîæäåíèå è âíåäðåíèå ìèêðîýëåêòðîíèêè îçíà÷àëî íå òîëüêî âîïëîùåíèå ñòàðõ ñõåìîòåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé ÐÝÀ íà íîâîé ìèêðîýëåìåíòíîé îñíîâå, îáåñïå÷èâàþùåé öåëîñòíîñòü âñåãî òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà ñîçäàíèÿ ñàìõ ñëîæíõ ïðåîáðàçîâàòåëüíõ óñòðîéñòâ, íî è îáóñëîâèëî ïîÿâëåíèå òàêèõ ñõåìîòåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé, êîòîðå ïðèñóùè òîëüêî ìèêðîýëåêòðîíèêå è âíå åå íåìñëèì. Ïîñëåäíåå ñâÿçàíî îò÷àñòè ñ òåì, ÷òî óæå ñàìà ìèêðîìèíèàòþðèçàöèÿ åñòåñòâåííî ñòàâèò ðÿä îãðàíè÷åíèé íà âîçìîæíîñòü ïðÿìîãî èñïîëüçîâàíèÿ ìíîãèõ ýëåìåíòîâ, ñâîéñòâåííõ äèñêðåòíîé ýëåêòðîíèêå (êîíäåíñàòîðîâ, êàòóøåê èíäóêòèâíîñòè, òðàíñôîðìàòîðîâ, ðåçèñòîðîâ). Ýòè îãðàíè÷åíèÿ êàñàþòñÿ, ïðåæäå âñåãî, çíà÷åíèé íîìèíàëîâ óêàçàííõ ýëåìåíòîâ, òî÷íîñòè âîñïðîèçâåäåíèÿ è ñòàáèëü-íîñòè èõ ïàðàìåòðîâ. Ïðèõîäèòñÿ èñêàòü îáõîäíå ïóòè è çàìåíÿòü îòíîñèòåëüíî ïðîñòå, íî ãðîìîçäêèå ïàññèâíå ïðåîáðàçîâàòåëüíå ýëåìåíò èëè óñòðîéñòâà íà áîëåå ñëîæíå â ñõåìîòåõíè÷åñêîì îòíîøåíèè àêòèâíå ñèñòåì, ðåàëèçóþùèå òàêóþ æå ôóíêöèþ ïðåîáðàçîâàíèÿ. Ñ òåõíîëîãè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ òàêàÿ çàìåíà ëåãêî îñóùåñòâèìà, ïîñêîëüêó ìåòîä ìèêðîýëåêòðîíèêè îòêðâàþò ïðàêòè÷åñêè íåîãðàíè÷åííå âîçìîæíîñòè îäíîâðåìåííîé ðåàëèçàöèè áîëüøîãî ÷èñëà òðàíçèñòîðíõ ( èëè äèîäíõ ) ñòðóêòóð â ìàëîì îáúåìå ïîëóïðîâîäíèêà, èìåþùèõ î÷åíü áëèçêèå äðóã ê äðóãó ýëåêòðè÷åñêèå è òåìïåðàòóðíå ïàðàìåòð. Îñòàåòñÿ ëèøü íàéòè ñîîòâåòñòâóþùåå ñõåìîòåõíè÷åñêîå ðåøåíèå. Êàê ïîêàçâàåò îïò, ìèêðîýëåêòðîííå óñòðîéñòâà òàêîãî òèïà íå òîëüêî íå óñòóïàþò, íî ïðåâîñõîäÿò ïî êà÷åñòâó óñòðîéñòâà íà äèñêðåòíõ ýëåìåíòàõ. Ýòî îáóñëîâëåíî áîëüøåé ñòåïåíüþ íàäåæíîñòè ìèêðîñèñòåì è âîçìîæíîñòüþ ââåäåíèÿ â íèõ èçáòî÷íîãî êîëè÷åñòâà àêòèâíõ ýëåìåíòîâ äëÿ ïðèäàíèÿ ïåðåäàòî÷íì ôóíêöèÿì âèäà, ñêîëü óãîäíî áëèçêîãî ê òðåáóåìîìó. Íà ïàññèâíõ äèñêðåòíõ ýëåìåíòàõ ýòîãî äîáèòüñÿ íåëüçÿ, â ñèëó íàïåðåä çàäàííîñòè è íåóïðàâëÿåìîñòè ñâîéñòâ ýòèõ ýëåìåíòîâ.

Âòîðàÿ ïðè÷èíà ðîæäåíèÿ îñîáîé ìèêðîýëåêòðîííîé ñõåìîòåõíèêè ñâÿçàíà ñ òåì, ÷òî â îòëè÷èå îò ÐÝÀ íà äèñêðåòíõ ýëåìåíòàõ, ãäå ðàáî÷èìè ïðîöåññàìè ÿâëÿþòñÿ ÷èñòî ýëåêòðè÷åñêèå ïðîöåññ â ìèêðîýëåêòðîííõ èçäåëèÿõ îïðåäåëÿþùèìè ïðîöåññàìè ÿâëÿþòñÿ ïðîöåññ ýëåêòðîííå, ñî âñåé èõ ñïåöèôèêîé è âçàèìîñâÿçÿìè. Áîëåå òîãî, â ðÿäå ìèêðîýëåêòðîííõ èçäåëèé èñïîëüçóþòñÿ ïðîöåññ äàæå íå ÷èñòî ýëåêòðîííå, à ñìåæíå ñ íèìè - òàêèå, íàïðèìåð, êàê ýëåêòðîííî-îïòè÷åñêèå, ôîòî-ýëåêòðîííå, ìàãíèòî-ýëåêòðîííå, ýëåêòðî-àêóñòè÷åñêèå è ò.ï. Òàêèì îáðàçîì, ñàìè öåïè â ìèêðîýëåêòðîíèêå ÿâëÿþòñÿ íå ñêîëüêî ýëåêòðè÷åñêèìè, ñêîëüêî ýëåêòðîííìè. Ñóùåñòâåííé îòïå÷àòîê íà ïðèíöèï è ìåòîä ìèêðîñõåìîòåõíèêè íàêëàäâàåò òàêæå òî îáñòîÿòåëüñòâî, ÷òî âñëåäñòâèå áîëüøîé ïëîòíîñòè óïàêîâêè ìèêðîýëåìåíòîâ è çíà÷èòåëüíîé âçàèìîñâÿçè ìåæäó íèìè ñâîéñòâà ñèñòåì íå òàê íåïîñðåäñòâåííî ñëàãàþòñÿ èç ñâîéñòâ îòäåëüíõ ýëåìåíòîâ, êàê ýòî èìååò ìåñòî â ÐÝÀ íà äèñêðåòíõ ýëåìåíòàõ.

Êàê èçâåñòíî, ìàãèñòðàëüíì íàïðàâëåíèåì ñîâðåìåííîé ìèêðîñõåìîòåõíèêè ÿâëÿåòñÿ íàïðàâëåíèå, îáåñïå÷èâàþùåå öèôðîâå ìåòîä îáðàáîòêè èíôîðìàöèè. Ïðåäïî÷òåíèå öèôðîâì ìåòîäàì ïåðåä àíàëîãîâìè îòäàåòñÿ ïîòîìó, ÷òî â ýòîì ñëó÷àå ñíèæàþòñÿ òðåáîâàíèÿ ê ñòàáèëüíîñòè ïàðàìåòðîâ îñíîâíõ ýëåìåíòîâ è âìåñòå ñ òåì îáåñïå÷èâàåòñÿ áîëåå âñîêàÿ òî÷íîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ. Öèôðîâå óñòðîéñòâà îáëàäàþò õàðàêòåðèñòèêàìè, êîòîðå ïî ðÿäó ïðèçíàêîâ ïðîñòî íåäîñòóïí àíàëîãîâì ñèñòåìàì.

×òî êàñàåòñÿ òî÷íîñòè, òî çàìåòíîå åå îãðàíè÷åíèå â àíàëîãîâõ ñèñòåìàõ ïðîèñòåêàåò èç ñàìîãî ñóùåñòâà àíàëîãîâîãî ñèãíàëà, âîïëîùàþùåãîñÿ â ôèçè÷åñêóþ âåëè÷èíó, èçìåíÿþùóþñÿ ïî íåïðåðâíîìó çàêîíó. Àíàëîãîâé ïðåîáðàçîâàòåëü ïîýòîìó äîëæåí îáëàäàòü î÷åíü âñîêîé ñòåïåíüþ ñòàáèëüíîñòè è âîñïðîèçâîäèìîñòè îïðåäåëÿþùèõ åãî ïàðàìåòðîâ, ñëàáîé èõ çàâèñèìîñòüþ îò âíåøíèõ óñëîâèé (òåìïåðàòóð, âëàæíîñòè, äàâëåíèÿ, âðåìåíè ðàáîò è ò.ä.), ÷òîá âõîäíîé ñèãíàë áë àäåêâàòåí òðåáóåìîé òðàíñôîðìàöèè âõîäíîãî ñèãíàëà. Íåñòàáèëüíîñòü çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ ïðåîáðàçîâàòåëÿ âëå÷åò èñêàæåíèå ñèãíàëà, ïîâøåíèå óðîâíÿ øóìîâ, äðåéô "íóëåâîãî" ñîñòîÿíèÿ è ò.ä.  ñèëó ýòîãî íå óäàåòñÿ, ê ïðèìåðó, èçãîòîâèòü àêòèâíé ôèëüòð âñîêîãî ïîðÿäêà, ïðèåìëåìì ïî òðåáîâàíèÿì ê äèíàìè÷åñêîìó äèàïàçîíó è èçáèðàòåëüíîé ñïîñîáíîñòè.

Öèôðîâå ïðåîáðàçîâàòåëè îïåðèðóþò ñ ñèãíàëüíìè âåëè÷èíàìè âñåãî äâóõ óðîâíåé ñ äîñòàòî÷íî áîëüøèì ïåðåïàäîì ìåæäó íèìè, òàê ÷òî ñëó÷àéíå è ñèñòåìàòè÷åñêèå èçìåíåíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ýëåìåíòîâ ïðåîáðàçîâàòåëÿ íå ìîãóò âçâàòü èñêàæåíèÿ èíôîð-ìàöèîííîãî ñîäåðæàíèÿ ñèãíàëà. Äîñòîâåðíîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ ñóùåñòâåííî ïîâøàåòñÿ. Ðàñøèðÿþòñÿ è ôóíêöèîíàëüíå âîçìîæíîñòè ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Óïîìÿíóòé âøå àêòèâíé ôèëüòð âñîêîãî ïîðÿäêà íå ïðåäñòàâëÿåò òðóäà èñïîëíèòü â öèôðîâîé ñõåìîòåõíèêå ñ ïðàêòè÷åñêè ëþáì äèíàìè÷åñêèì äèàïàçîíîì è ëþáîé íàïåðåä çàäàííîé èçáèðàòåëüíîñòüþ. Ïðàâäà, öèôðîâå ðåàëèçàöèè íà 1-2 ïîðÿäêà ñëîæíåå àíàëîãîâõ ïî ÷èñëó ýëåìåíòîâ è èìåþò çàìåòíî ìåíüøåå áñòðîäåéñòâèå ïðè îäèíàêîâîé ïî êà÷åñòâó ýëåìåíòíîé áàçå. Îäíàêî óñëîæíåíèå è óâåëè÷åíèå ýëå-ìåíòíîãî ñîñòàâà ìèêðîñõåì íå ïðåäñòàâëÿåò ïðèíöèïèàëüíîé ïðåãðàä è íå âëå÷åò ñóùåñòâåííîãî óâåëè÷åíèÿ ñòîèìîñòè èçäåëèé. ×òî êàñàåòñÿ áñòðîäåéñòâèÿ, òî è çäåñü ïîëó÷åí âïîëíå îáíàäåæèâàþùèå ðåçóëüòàò íà áàçå èñïîëüçîâàíèÿ ðÿäà íîâõ ÿâëåíèé è ñâîéñòâ ïîëó-ïðîâîäíèêîâ, ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ òåõíîëîãèè ïðîèçâîäñòâà è ðàçâèòèÿ ïðèíöèïîâ ìèêðîñõåìîòåõíèêè. Ïîýòîìó ñîâðå-ìåííàÿ ðàäèîýëåêòðîíèêà - ýòî èíòåãðàëüíàÿ ìèêðîýëåêòðî-íèêà, ãäå öèôðîâì èíòåãðàëüíì ñõåìàì ( ñëîæíì öèôðî-âì àâòîìàòàì ) ïðèíàäëåæèò âåäóùàÿ ðîëü.

Èç ñêàçàííîãî íå ñëåäóåò îäíàêî, ÷òî àíàëîãîâå ñèñòåì âòåñíÿþòñÿ èëè áóäóò âòåñíåí ïîëíîñòüþ. Ñèãíàë, êàêèì á íå áëî åãî ôèçè÷åñêîå âîïëîùåíèå, - ýòî íîñèòåëü èíôîðìàöèè, êîòîðàÿ, â êîíå÷íîì ñ÷åòå, äîëæíà áòü âîñïðèíÿòà îðãàíàìè ÷óâñòâ ÷åëîâåêà. Íî ðåöåïòîðíé àïïàðàò ÷åëîâåêà ðàáîòàåò êàê àíàëîãîâé ïðåîáðàçîâàòåëü. Êðîìå òîãî, âñå îêðóæàþùåå ÷åëîâåêà è â ñàìîì ÷åëîâåêå ïðîèñõîäÿùèå ìàêðîïðîöåññ - ñóòü èçìåíåíèÿ, ïðîòåêàþùèå ïî íåïðåðâíîìó çàêîíó. Çíà÷èòü, íà÷àëüíé è êîíå÷íé ýòàï ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëîâ ïðîñòî íå ìîãóò íå áòü àíàëîãîâìè. Ýòî òðåáóåò ðàçðàáîòêè è ñîçäàíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ àíàëîãîâî-öèôðîâõ ( ÀÖÏ ) è öèôðî-àíàëîãîâõ ( ÖÀÏ ) ïðåîáðàçîâàòåëåé â èíòåãðàëüíîì èñïîëíåíèè. Ôóíêöèîíàëüíî ïîëíå èíôîðìàöèîííå ñèñòåì îáÿçàòåëüíî òðåáóþò íàëè÷èÿ àíàëîãîâõ ñõåì âáîðêè-õðàíåíèÿ èíôîðìàöèè, àêòèâíõ àíàëîãîâõ ôèëüòðîâ è ò.ä. Íàêîíåö, âåñüìà øèðîê êðóã çàäà÷, â êîòîðõ íà ïåðâîå ìåñòî âäâèãàåòñÿ áñòðîäåéñòâèå óñòðîéñòâà è ïðîñòîòà åãî ðåàëèçàöèè, à íå âñîêàÿ òî÷íîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ. Àíàëîãîâå ìèêðîñõåì â ýòîì ñëó÷àå íåçàìåíèì.

Âåëèêî ìíîãîîáðàçèå èçäåëèé àíàëîãîâîé è îñîáåííî öèôðîâîé ìèêðîñõåìîòåõíèêè. Âåëèêà ñëîæíîñòü ýòèõ èçäåëèé. Îäíàêî, êàê ïåðâàÿ, òàê è âòîðàÿ âåòâè ìèêðîñõåìîòåõíèêè îñíîââàþòñÿ íà èñïîëüçîâàíèè íåêîòîðîãî, äîâîëüíî îãðàíè÷åííîãî, ÷èñëà áàçîâõ ÿ÷ååê. Òàêèìè áàçîâìè ÿ÷åéêàìè àíàëîãîâîé ìèêðîñõåìîòåõíèêè, íàïðèìåð, ÿâëÿþòñÿ ãåíåðàòîð ñòàáèëüíîãî òîêà ( ÃÑÒ ), äèôôåðåíöèàëüíé óñèëèòåëü, óñòðîéñòâî ñäâèãà óðîâíÿ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ, âõîäíîé êàñêàä, ïîâòîðèòåëü òîêà, ïîâòîðèòåëü íàïðÿæåíèÿ è ò.ä. Íàèáîëåå óïîòðåáèòåëüíìè ÿâëÿþòñÿ ïåðâå ÷åòðå íàçâàííå áàçîâå ÿ÷åéêè. Íà èõ îñíîâå ìîãóò áòü ðåàëèçîâàí îïåðàöèîííå óñèëèòåëè è àíàëîãîâå óìíîæèòåëè, ÿâëÿþùèåñÿ óíèâåðñàëüíìè óñòðîéñòâàìè àíàëîãîâîé èíòåãðàëüíîé ìèêðîñõåìîòåõíèêè. Íà îñíîâå óêàçàííõ óñòðîéñòâ ìîæåò áòü ðåøåíà ïðàêòè÷åñêè ëþáàÿ ôóíêöèîíàëüíàÿ çàäà÷à â ðàìêàõ àíàëîãîâõ ïðåîáðàçîâàíèé.

Òî÷íî òàêæå ìîæåò áòü íàçâàíà è ñîâîêóïíîñòü íàèáîëåå óïîòðåáèòåëüíõ áàçîâõ ÿ÷ååê è óñòðîéñòâ öèôðîâîé ìèêðîñõåìîòåõíèêè, íà îñíîâå êîòîðîé ñèíòåçèðóþòñÿ óñòðîéñòâà ëþáîé ôóíêöèîíàëüíîé ñëîæíîñòè.

Ôóíäàìåíòàëüíì áàçîâì ýëåìåíòîì ëþáîé èíòåãðàëüíîé ìèêðîñõåì ( ÈÌÑ ) ÿâëÿåòñÿ òðàíçèñòîðíàÿ ñòðóêòóðà.  çàâèñèìîñòè îò ñïîñîáà ïîäêëþ÷åíèÿ åå ÷àñòåé ýòà ñòðóêòóðà ðàáîòàåò èëè êàê åäèíîå öåëîå, ò.å. êàê àêòèâíé òðàíçèñòîð, èëè êàê äèîä, åìêîñòü èëè ðåçèñòîð. Ïàðàìåòð ýòèõ " ïðîèçâîäíõ " ýëåìåíòîâ îïðåäåëÿþòñÿ òåõíîëîãèåé ñîçäàíèÿ òðàíçèñòîðíîé ñòðóêòóð ( ñïîñîá ââåäåíèÿ ïðèìåñåé, òåìïåðàòóðà è âðåìÿ ) è çàäàííìè ðàçìåðàìè ÷àñòåé ñòðóêòóð . Òàêèì îáðàçîì, ïðè âáðàííîé òåõíîëîãèè ñîçäàíèÿ òðàíçèñòîðíõ ñòðóêòóð, ïàðàìåòð ñîçäàâàåìõ ïðîèçâîäíõ ýëåìåíòîâ áóäóò äîñòàòî÷íî îäíîçíà÷íî îïðåäåëÿòüñÿ ïëîùàäüþ ñîîòâåòñòâóþùèõ ÷àñòåé ñòðóêòóð.

 ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì, ïðîåêòèðîâàíèå ÈÌÑ çàäàííîãî ôóíêöèîíàëüíîãî íàçíà÷åíèÿ ðàñïàäàåòñÿ íà äâà ýòàïà. Ïåðâì ýòàïîì ÿâëÿåòñÿ ïðîåêòèðîâàíèå ýëåêòðè÷åñêîé ñõåì è ðàñ÷åò îïòèìàëüíõ çíà÷åíèé ýëåêòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ýëåìåíòîâ ñõåì. Âòîðì ýòàïîì ÿâëÿåòñÿ ïðîåêòèðîâàíèå è ðàñ÷åò òîïîëîãèè ýëåìåíòîâ ñõåì ïðè êîòîðîé ðåàëèçóþòñÿ íàéäåííå íà ïåðâîì ýòàïå çíà÷åíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ è ñâîäèòñÿ äî ìèíèìóìà âëèÿíèå íà ïåðåäàòî÷íóþ õàðàêòåðèñòèêó ÈÌÑ ïàðàçèòíõ âçàèìîäåéñòâèé å¸ ýëåìåíòîâ. Èñõîäíìè äàííìè äëÿ ýòèõ ðàñ÷åòîâ ÿâëÿþòñÿ çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ, îïðåäåëÿþùèõ õàðàêòåðèñòèêè àêòèâíõ òðàíçèñòîðîâ ÈÌÑ. Ïðåäñòàâëåíèå î çíà÷åíèÿõ ýòèõ ïàðàìåòðîâ ìîæíî ïîëó÷èòü, èçãîòîâèâ òðàíçèñòîð ïî èçáðàííîé òåõíîëîãèè è çàäàííîé òîïîëîãèè.

Íàçíà÷åíèå äàííîãî ïîñîáèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òîá äàòü äîñòàòî÷íî äåòàëüíîå îçíàêîìëåíèå ñ êðóãîì âîïðîñîâ ïåðâîãî ýòàïà ïðîåêòèðîâàíèÿ ÈÌÑ, ò.å. ñî ñõåìîòåõíèêîé áàçîâõ ÿ÷ååê (ýëåìåíòîâ), èõ ñâîéñòâàìè, à òàêæå ñ îñíîâàìè ñèíòåçà áîëåå ñëîæíõ ôóíêöèîíàëüíõ óñòðîéñòâ. Óñâîåíèå ýòèõ ôóíäàìåíòàëüíõ çíàíèé ïîçâîëèò, êàê íàì ïðåäñòàâëÿåòñÿ, áóäóùåìó èíæåíåðó óæå ñàìîñòîÿòåëüíî è òâîð÷åñêè ðàçîáðàòüñÿ êàê â ñõåìîòåõíèêå, òàê è â çàêîíàõ ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ëþáîãî ñëîæíîãî óñòðîéñòâà.

Ïîñîáèå ïëàíèðóåòñÿ â ÷åòðåõ ÷àñòÿõ .  ïåðâîé ÷àñòè -"Áàçîâå ÿ÷åéêè àíàëîãîâõ ìèêðîñõåì ", äàíî îïèñàíèå óñòðîéñòâ, ïðèíöèïîâ ðàáîò è îñíîâíõ çàêîíîìåðíîñòåé áàçîâõ ÿ÷ååê àíàëîãîâîé ìèêðîñõåìîòåõíèêè, à òàêæå ïðèíöèïîâ ñèíòåçà íåêîòîðõ ôóíêöèîíàëüíõ óñòðîéñòâ íà èõ îñíîâå. Âòîðàÿ ÷àñòü áóäåò ïîñâÿùåíà áàçîâì ÿ÷åéêàì öèôðîâîé ìèêðîñõåìîòåõíèêè è ïðèíöèïàì ñèíòåçà öèôðîâõ àâòîìàòîâ.  òðåòüåé ÷àñòè ðàññìàòðèâàþòñÿ óñòðîéñòâà ïðåîáðàçîâàíèÿ àíàëîãîâõ ñèãíàëîâ â öèôðîâîé êîä è îáðàòíî.  ÷åòâåðòîé ÷àñòè ðàññìàòðèâàþòñÿ îñíîâîé ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ñâåðõáîëüøèõ èíòåãðàëüíõ ñõåì (ÑÁÈÑ) íà áàçå ìàòðè÷íõ êðèñòàëëàõ.

Ðóêîïèñü ðåöåíçèðîâàëè : êàôåäðà ÔÝ è ÌÝÏ ÒÃÒÓ èì. À.Ð. Áèðóíè - ïðîô. Ì.Ñ. Áàõàäðõàíîâ, äîö. À.Õ.Õàìèäîâ ; îòäåë êîíòàêòíõ ÿâëåíèé â ïîëóïðîâîäíèêàõ ÔÒÈ èì. À.Ô. Èîôôå ÐÀÍ - ïðîô. Â.Ä.Ðóìÿíöåâ è ïðîô. êàô. ÒÝÖ ÒÝÈÑ Â.Ê. Ñîêîëîâ .

Àâòîð âðàæàþò ãëóáîêóþ áëàãîäàðíîñòü ðåöåíçåíòàì çà öåííå çàìå÷àíèÿ.

Êîëëåêòèâ àâòîðîâ áëàãîäàðèò îòâåòñòâåííîãî ðåäàêòîðà àêàäåìèêà Ò.Ä.Ðàäæàáîâà çà ïðîÿâëåííîå âíèìàíèå ê ðàáîòå.

 

 

 

 

ÃËÀÂÀ 1.

 

ÁÀÇÎÂÅ ß×ÅÉÊÈ ÀÍÀËÎÃÎÂÕ ÈÌÑ

 

1.1. Ãåíåðàòîð ñòàáèëüíîãî òîêà

 

Ãåíåðàòîð ñòàáèëüíîãî òîêà (ýòàëîí òîêà) èñïîëüçóþòñÿ â ìèêðîñõåìàõ ñàìîãî ðàçëè÷íîãî ôóíêöèîíàëüíîãî íàçíà÷åíèÿ, êàê àíàëîãîâõ òàê è öèôðîâõ, äëÿ îáåñïå÷åíèÿ âñîêîé ñòåïåíè ñòàáèëüíîñòè ïàðàìåòðîâ ýòèõ ìèêðîñõåì. Ñàìè ãåíåðàòîð â ìèêðîñõåìîòåõíèêå ðåàëèçóþòñÿ, êàê ïðàâèëî, íà îñíîâå äðåéôîâõ áèïîëÿðíõ òðàíçèñòîðîâ ñòðóêòóð n-ð-n. Ïîýòîìó â äàííîì ðàçäåëå ì áóäåì èñõîäèòü èç ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè âõîäíîé õàðàêòåðèñòèêè äðåéôîâîãî òðàíçèñòîðà [1] â âèäå

(1.1)

Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ , , è â êîíêðåòíõ ðàñ÷åòàõ ïðèìåì ðàâíìè [1-8]

31,56 ,

0,619 , (1.2)

0,329 ,

- 20,181 ,

 

ïðè óñëîâèè, ÷òî òîê èçìåðÿåòñÿ â ìèëëèàìïåðàõ.

Ïðåíåáðåãàÿ ñîáñòâåííì òîêîì êîëëåêòîðà ,ñâÿçü òîêà áàç ñî çíà÷åíèåì òîêà ýìèòòåðà áóäåì ïîëàãàòü â âèäå

. (1.3)

Çíà÷åíèå ïàðàìåòðà (êîýôôèöèåíòà ïåðåíîñà òîêà áàç â ñòàòè÷åñêîì ðåæèìå) ïðèìåì ðàâíì

106. (1.4)

Óêàçàííå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ñîîòâåòñòâóþò òðàíçèñòîðó ÊÒ-315Ã. Çíà÷åíèå ïàðàìåòðîâ ðåàëüíõ òðàíçèñòîðîâ â ìèêðîñõåìàõ áëèçêè ê óêàçàííì.

Òàê êàê íàïðÿæåíèå èçìåðÿåòñÿ â âîëüòàõ, à ñèëà òîêà â ìèëëèàìïåðàõ, òî âî âñåõ ðàñ÷åòàõ íà îñíîâå ñîîòíîøåíèÿ (1.1) ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðîâ ñëåäóåò âðàæàòü â êèëîîìàõ.

 

1.1.1. Ïðîñòåéøèé ãåíåðàòîð ñòàáèëüíîãî òîêà (ÃÑÒ)

 

Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ïðîñòåéøåãî ÃÑÒ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ.1.1. Íà ýòîé ñõåìå

Z- ýêâèâàëåíòíîå ñîïðîòèâëåíèå ýëåìåíòà öåïè ( èëè ñèñòåì ýëåìåíòîâ öåïè) ïèòàåìîé îò ÃÑÒ;

VT2 - òðàíçèñòîð, èñïîëíÿþùèé ôóíêöèþ ïîâòîðèòåëÿ òîêà, ïðîòåêàþùåãî ïî òðàíçèñòîðó VT1 (îïîðíîãî òîêà);

R-ðåçèñòîð, çàäàþùèé çíà÷åíèå îïîðíîãî òîêà è îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT2.

Ñëàáàÿ çàâèñèìîñòü òîêà (òîê êîëëåêòîðà òðàíçèñòîðà VÒ2) îò çíà÷åíèÿ Z âòåêàåò èç òîãî, ÷òî íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð óïðàâëÿþùåãî òðàíçèñ- Ðèñ.1.1. Ïðîñòåéøèé ÃÑÒ.

òîðà VÒ2 çàäàåòñÿ îïîðíì òîêîì è ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííî.

 ñîîòâåòñòâèè ñî ñìñëîì ïîíÿòèÿ ÃÑÒ îïðåäåëèì òå óñëîâèÿ, ïðè êîòîðõ çíà÷åíèå òîêà íå áóäåò çàâèñåòü îò çíà÷åíèé è Z â íåêîòîðîì èíòåðâàëå èçìåíåíèÿ ýòèõ âåëè÷èí. Òàê êàê òîê ðàâåí òîêó êîëëåêòîðà òðàíçèñòîðà VT2, òî ýòî ýêâèâàëåíòíî îïðåäåëåíèþ óñëîâèé, ïðè êîòîðõ íå çàâèñèò îò çíà÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ êîëëåêòîð-áàçà ýòîãî òðàíçèñòîðà, åñëè òîëüêî ýòî íàïðÿæåíèå íå ìåíüøå íóëÿ (ñîõðàíÿåòñÿ àêòèâíé ðåæèì òðàíçèñòîðà VT2). Îáðàòèìñÿ ê âðàæåíèþ (1.1) è çàïèøåì åãî äëÿ òðàíçèñòîðà VT2

.

Íåòðóäíî âèäåòü, ÷òî åñëè íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð ïîäîáðàòü ðàâíì

, (1.5)

òî òîê îò çíà÷åíèÿ âîîáùå çàâèñåòü íå áóäåò. Òàê êàê , òî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ðàâåíñòâà (1.5) äîñòàòî÷íî ñîîòâåòñòâóþùèì îáðàçîì ïîäîáðàòü çíà÷åíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðà R â öåïè òðàíçèñòîðà VT1 â äèîäíîì âêëþ÷åíèè.

Îöåíèì çíà÷åíèå è ñîîòâåòñòâóþùèå åìó çíà÷åíèÿ ïðè çàäàííõ (1.2) çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðîâ

Íà îñíîâàíèè (1.1), ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå , ÷òî 0, ïîëó÷èì

Îöåíèì çíà÷åíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðà R,ïðè êîòîðîì òîê ýìèòòåðà VT1 áóäåò ðàâåí óêàçàííîìó çíà÷åíèþ.

Òîê

Íà îñíîâàíèè óðàâíåíèÿ Êèðõãîôà

.

Îòñþäà

[ êÎì ] .

Ïîëàãàÿ ïîëó÷èì

[ êÎì ] .

Åñëè âîçìîæíî ìåòîäàìè ìèêðîýëåêòðîíèêè ðåàëèçîâàòü ðåçèñòîð ñ òàêèì ñîïðîòèâëåíèåì, òî ì ïîëó÷èì èäåàëüíé ÃÑÒ ñ òîêîì

Êàê âèäèì, åñëè ïàðàìåòð áàçîâõ òðàíçèñòîðîâ ìèêðîñõåì ñîîòâåòñòâóþò (1.2), òî òîê èäåàëüíîãî ÃÑÒ äîâîëüíî ìàë è ìîæåò íå óäîâëåòâîðèòü ðåàëüíå ïîòðåáíîñòè, à îïîðíîå ñîïðîòèâëåíèå R âåëèêî è åãî ðåàëèçàöèÿ ìîæåò áòü çàòðóäíèòåëüíîé. Îäíàêî, åñòü äâà îáñòîÿòåëüñòâà, êîòîðå â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îáëåã÷àþò ðåøåíèå óêàçàííîé ïðîáëåì.

Ïåðâîå îáñòîÿòåëüñòâî çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî çíà÷åíèå îòíîøåíèÿ î÷åíü ñëàáî çàâèñèò îò òåõíîëîãèè ïðîèçâîä-ñòâà è òîïîëîãèè ñòðóêòóðíõ ýëåìåíòîâ òðàíçèñòîðà, â òî âðåìÿ êàê ñàìè çíà÷åíèÿ ýòèõ ïàðàìåòðîâ, êàê è âñåõ äðóãèõ ïàðàìåòðîâ, ñóùåñòâåííî ïðè ýòîì èçìåíÿþòñÿ.

Òàê íàïðèìåð, äëÿ òðàíçèñòîðà òèïà ÊÒ-803À, 31,3 , 0,334 , 0,186 ,

1,52 ìÀ . Ñëåäîâàòåëüíî, íàïðÿæåíèå áàçà- ýìèòòåð , ñîîòâåòñòâóþùåå óñëîâèþ áåñêîíå÷íî áîëü-øîãî çíà÷åíèÿ âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ òàêîãî òðàíçèñòîðà,

èçìåíèòñÿ ìàëî, ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåääóùèì ñëó÷àåì, â òî âðåìÿ, êàê òîê ýìèòòåðîâ

áóäåò â 170 ðàç áîëüøå.

Òàêèì îáðàçîì, ïðè ëþáîé âáðàííîé òåõíîëîãè÷åñêîé ñõåìå ïðîèçâîäñòâà ÈÌÑ, âñåãäà ìîæíî òàê ðàññ÷èòàòü òîïîëîãèþ ñòðóêòóðíõ ýëåìåíòîâ òðàíçèñòîðîâ VÒ1 è VÒ2, ÷òîá âïîëíÿëîñü óñëîâèå " èäåàëüíîñòè " è òîê ÃÑÒ áë ðàâåí íàïåðåä çàäàííîìó çíà÷åíèþ.

Âòîðîå îáñòîÿòåëüñòâî çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî åñëè äàæå çíà÷åíèå ïðåâîñõîäèò " èäåàëüíîå " çíà÷åíèå äëÿ äàííîãî òðàíçèñòîðà è äèôôåðåíöèàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ÃÑÒ íå áåñêîíå÷íî âåëèêî, òî îíî âñåãäà ìîæåò áòü ñäåëàíî ñóùåñòâåííî áîëüøèì ÷åì ðåàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ïèòàåìîé öåïè Z è "íåèäåàëüíîñòü" ÃÑÒ ïðàêòè÷åñêè ñêàçâàòüñÿ íå áóäåò.

Îïðåäåëèì çíà÷åíèå äèôôåðåíöèàëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ÃÑÒ â ïðîèçâîëüíî çàäàííîì ðåæèìå. Îáðàòèìñÿ ê âðàæåíèþ (1.1) è çàïèøåì åãî äëÿ òðàíçèñòîðà VT2 ×àñòíàÿ ïðîèçâîäíàÿ ðàâíà

Òàê êàê è , òî

(1.6)

Ïîëîãàÿ ïàðàìåòð òðàíçèñòîðîâ ñîîòâåòñòâóþùèìè (1.2), (1.4) è çàäàâøèñü òîêîì 0.33 ìÀ (â äåñÿòü ðàç áîëüøèì, ÷åì " èäåàëüíîå " çíà÷åíèå ), ïîëó÷èì

Íà îñíîâàíèè (1.6), äèôôåðåíöèàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ÃÑÒ áóäåò ïðè ýòîì ðàâíî

êÎì.

Îòêëîíåíèåì îò èäåàëüíîñòè ìîæíî áóäåò ïðåíåáðå÷ü, åñëè ýêâèâàëåíòíîå ñîïðîòèâëåíèå ýëåìåíòà Z íå áóäåò ïðåâøàòü 0.1 7 êÎì.

Îñíîâíì íåäîñòàòêîì ðàññìàòðèâàåìîãî ïðîñòåéøåãî ÃÑÒ ÿâëÿåòñÿ íåêîòîðàÿ çàâèñèìîñòü òîêà ÃÑÒ îò òåìïåðàòóð.

Äåéñòâèòåëüíî, íåòðóäíî óñìîòðåòü, ÷òî ðàçíîñòü îïîðíîãî òîêà è òîêà ÃÑÒ óäîâëåòâîðÿþò ñîîòíîøåíèþ

 

 

 

. (1.7)

 

Êàê â èäåàëüíîì, òàê è â ðåàëüíîì ñëó÷àå, âñëåäñòâèå ðàâåíñòâà ,ðàçíîñòü îò òåìïåðàòóð çàâèñåòü íå áóäåò. Íî òîê áàç òåìïåðàòóðíî çàâèñèì.

 ïðåäøåñòâóþùèõ ðàññóæäåíèÿõ, îïðåäåëÿÿ òîê êîëëåêòîðà ì ó÷èòâàåì òîëüêî òó êîìïîíåíòó ýòîãî òîêà, êîòîðàÿ îáóñëîâëåíà èíæåêöèåé èç ýìèòòåðà è ïðåíåáðåãàëè ñîáñòâåííì òîêîì êîëëåêòîðíîãî ïåðåõîäà , êîòîðé, ïðè íå î÷åíü áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ îáðàòíîãî íàïðÿæåíèÿ íà ïåðåõîäå, äåéñòâèòåëüíî ìàë ïî ñðàâíåíèþ ñ ïåðâîé êîìïîíåíòîé. Îäíàêî, òàêîå ïðåíåáðåæåíèå â ñëó÷àå òîêà áàç óæå ìåíåå äîïóñòèìî.

Òîê áàç, êàê èçâåñòíî, ðàâåí

 

 

Òàê êàê êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è òîêà áàç çíà÷èòåëåí, òî ïðåíåáðåãàòü âåëè÷èíîé ïî ñðàâíåíèþ ñ , äàæå åñëè << , íå ñëåäóåò.

Ñîáñòâåííé òîê êîëëåêòîðíîãî ïåðåõîäà çàâèñèò îò òåìïåðàòóð êàê âñëåäñòâèå çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóð êîíòàêòíîé ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ íà ïåðåõîäå, òàê è âñëåäñòâèå çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóð ñêîðîñòè òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ñâîáîäíõ íîñèòåëåé çàðÿäà. Ýòèì è îáóñëîâëåíà òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü òîêà áàç.

 

1.1.2. Òîêîâîå çåðêàëî Óèëñîíà

 

Çíà÷èòåëüíî ëó÷øèìè ïîêàçàòåëÿìè ñòàáèëüíîñòè ïî ñðàâíåíèþ ñ ðàññìîòðåííîé ñõåìîé ÃÑÒ, îáëàäàåò òðåõ-òðàíçèñòîðíàÿ ñõåìà, ïðèâåäåííàÿ íà ðèñ. 1.2.  òåõíè÷åñêîé ëèòåðàòóðå ýòà ñõåìà ïîëó÷èëà íàèìåíîâàíèå òîêîâîãî çåðêàëà Óèëñîíà [9,10].

Ïðåæäå âñåãî íàïèøåì ñîîòíîøåíèÿ, ñâÿçâàþùèå çíà÷åíèÿ òîêîâ, ïðîòåêàþùèõ â ýëåìåíòàõ ñõåì.

Î÷åâèäíî

 

 

 


(1.8)

 

 

 

Ðèñ.1.2. Òîêîâîå çåðêàëî Óèëñîíà.

Îòñþäà,

, ( 1.9 )

, (1.10)

(1.11)

Íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT3 îäèíàêîâ (). Íàïðÿæåíèå 0. Íî íàïðÿæåíèå è, ñëåäîâàòåëüíî, îíî ïîðÿäêà 0.6 B. Òàêîå íàïðÿæåíèå íå ñïîñîáíî ñóùåñòâåííî ïîâëèÿòü íà çíà÷åíèå òîêà . Çíà÷èò ðàçíîñòü áëèçêà ê íóëþ. Òàê æå áëèçêà ê íóëþ ðàçíîñòü , òî åñòü äåéñòâèòåëüíî, â ýòîé ñõåìå îñóùåñòâëÿåòñÿ äóáëèðîâàíèå â öåïè Z òîêà, ïðîòåêàþùåãî â ðåçèñòîðå R.

Èçìåíåíèå òåìïåðàòóð òàê æå ïðàêòè÷åñêè íå ñêàçâà-åòñÿ íà ñîîòíîøåíèè ìåæäó òîêàìè è . Ïîñêîëüêó , òî èçìåíåíèå òåìïåðàòóð íå ìîæåò èçìå-íèòü çíà÷åíèÿ , åñëè çíà÷åíèå ñîõðàíÿåòñÿ íåèçìåí-íì. Ïðàâäà, îò òåìïåðàòóð ñóùåñòâåííî çàâèñÿò òîêè áàç. Íî â (1.11) âõîäèò ðàçíîñòü òîêîâ áàç, òàê ÷òî ïðè èäåíòè÷íîñòè òðàíçèñòîðîâ òåìïåðàòóðíé êîýôôèöèåíò ýòîé ðàçíîñòè áóäåò ïðåäñòàâëÿòü âåëè÷èíó âòîðîãî ïîðÿäêà ìàëîñòè.

Âñîêîå çíà÷åíèå äèôôåðåíöèàëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ÃÑÒ Óèëñîíà îáóñëîâëåíî òåì, ÷òî óïðàâëÿþùèé òðàíçèñòîð VÒ2 ñàì óïðàâëÿåòñÿ òîêîì ýìèòòåðà, çàäàâàåìì òðàíçèñòîðîì VÒ3, à íå íàïðÿæåíèåì íà ýìèòòåðíîì ïåðåõîäå êàê â ñëó÷àå ðèñ.1.1. Åñòåñòâåííî ïîýòîìó, ÷òî òîê ýòîãî òðàíçèñòîðà íå ìîæåò èçìåíèòüñÿ ïðè èçìåíåíèè çíà÷åíèÿ Z. Ñîîòâåòñòâóþùèì îáðàçîì èçìåíÿòñÿ ïðè ýòîì ëèøü çíà÷åíèå . Òàê, íàïðèìåð, óìåíüøåíèå Z âëå÷åò âîçðàñòàíèå íàïðÿæåíèÿ êîëëåêòîð-áàçà, ÷òî â òðàíçèñòîðå ñ çàäàííì çíà÷åíèåì íàïðÿæåíèÿ áàçà-ýìèòòåð íåìèíóåìî ïðèâåäåò ê âîçðàñòàíèþ òîêà ýìèòòåðà è òîêà êîëëåêòîðà.  òðàíçèñòîðå æå ñ çàäàííì òîêîì ýìèòòåðà óâåëè÷åíèå íàïðÿæåíèÿ êîëëåêòîð-áàçà ïðèâåäåò ê ñîîòâåòñòâóþùåìó óìåíüøåíèþ íàïðÿæåíèÿ áàçà-ýìèòòåð, à òîêè îñòàíóòñÿ ïðåæíèìè.

Äîñòîèíñòâîì ñõåì íà òðàíçèñòîðàõ, óïðàâëÿåìõ òîêîì ýìèòòåðà, ÿâëÿåòñÿ èõ èñêëþ÷èòåëüíî âñîêàÿ ñòàáèëüíîñòü äàæå íà î÷åíü áîëüøèõ òîêàõ. ÃÑÒ Óèëñîíà îáëàäàåò ïðàêòè÷åñêè áåñêîíå÷íì äèôôåðåíöèàëüíì ñîïðîòèâ-ëåíèåì ïðè ëþáõ äîïóñòèìõ çíà÷åíèÿõ òîêà, òîãäà êàê ÃÑÒ ïîäîáíé ðèñ.1.1. òàêèìè ñâîéñòâàìè îáëàäàåò ëèøü ïðè êðàéíå íèçêèõ çíà÷åíèÿõ òîêà.

Êîëè÷åñòâåííé ðàñ÷åò ñõåì Óèëñîíà ïðîèçâåäåì èñõîäÿ èç çàðàíåå çàäàííîãî çíà÷åíèÿ òîêà çàäàþùåãî òðàíçèñòîðà è çíà÷åíèé íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ è . Äîïóñòèì, ÷òî 1.5 ìÀ, 12  ,

Ñðàçó æå îòìåòèì, ÷òî âáîð çíà÷åíèé íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ è òîêà äîëæåí áòü ñîãëàñîâàí ñî çíà÷åíèåì ñîïðîòèâëåíèÿ Z (íàãðóçêè ÃÑÒ). Òðàíçèñòîðó VT2 äîëæåí áòü ãàðàíòèðîâàí àêòèâíé ðåæèì ðàáîò, ò.å. ïîòåíöèàë êîëëåêòîðà ýòîãî òðàíçèñòîðà äîëæåí áòü íå íèæå ïîòåí-öèàëà åãî áàç. Òàê êàê ïîòåíöèàë áàç VT2, ñîãëàñíî ñõåìå âêëþ÷åíèÿ òðàíçèñòîðîâ, ðàâåí ïðèìåðíî óäâîåííîìó çíà÷å-íèþ ïðè çàäàííîì çíà÷åíèè , òî çíà÷åíèÿ , Z è äîëæí óäîâëåòâîðÿòü íåðàâåíñòâó

(1.12)

×åì áîëüøå ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè Z, òåì áîëüøèì ñëå-äóåò âáðàòü çíà÷åíèå èëè òåì ìåíüøèì çíà÷åíèå .

Îïðåäåëèì çíà÷åíèå ïðè çàäàííîì òîêå 1.5 ìA. Íà îñíîâàíèè (1.1), ó÷èòâàÿ ÷òî 0,ïîëó÷èì

Îòñþäà, åñëè ïàðàìåòð òðàíçèñòîðîâ ñîîòâåòñòâóþò (1.2),

0.6523 B.

Ñîãëàñíî (1.12), ðàçðàáàòâàåìé ÃÑÒ áóäåò ïðèãîäåí äëÿ ïèòàíèÿ íàãðóçêè ñ ñîïðîòèâëåíèåì íå áîëåå 7 êÎì.

Îïðåäåëèì çíà÷åíèå .

Ñîãëàñíî (1.8), . Òàê êàê << è , òî ì äîïóñòèì ïðåíåáðåæèìî ìàëóþ îøèáêó, åñëè áóäåì ñ÷èòàòü . Îòñþäà,

1.514 ìA.

Ñ äðóãîé ñòîðîí, ñîãëàñíî (1.1),

(1.13)

ïðè÷åì

, (1.14)

åñëè ó÷åñòü (1.10).

Íà îñíîâàíèè (1.13) è (1.14) ïîëó÷èì

(1.15)

ãäå

Ïîëàãàÿ Z 5 êÎì è ðåøàÿ óðàâíåíèå (1.15), íàéäåì

0.6454 B.

Òåïåðü íàì èçâåñòí çíà÷åíèÿ íàïðÿæåíèé è òðàíçèñòîðà VT1 ( , ). Îïðåäåëèì òîê ýìèòòåðà òðàíçèñòîðà VT1

(1.16)

1.574 ìA.

Îïðåäåëèì òîêè áàç òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT2

Îïðåäåëèì çíà÷åíèÿ îïîðíîãî òîêà è òîêà ÃÑÒ .

1.573 ìA.

1.501 ìA.

Îïðåäåëèì òðåáóåìîå çíà÷åíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðà R

6.804 êÎì.

Êàê âèäèì, ðàçíîñòü òîêîâ áàç 5.6 ìA íè÷òîæíî ìàëà ïî ñðàâíåíèþ ñî çíà÷åíèÿìè èëè , òàê ÷òî ñ ïîãðåøíîñòüþ íå áîëåå 0.04 % âñåãäà ìîæíî ñ÷èòàòü è .

Óáåäèìñÿ òåïåðü â òîì, ÷òî èçìåíåíèå Z ïðàêòè÷åñêè íå ñêàçâàåòñÿ íà ñîîòíîøåíèè òîêîâ è . Âîçüìåì Z3 êÎì. Òîãäà â (1.15) èçìåíèòñÿ çíà÷åíèå âåëè÷èí A. Ïðè Z5 êÎì, A3.8477 B. Ïðè Z3 êÎì, A6.8477 B. Ðåøàÿ (1.15),íàéäåì 0.6394 B. Åñëè ýòî çíà÷åíèå ïîäñòàâèòü â (1.16), òî îïÿòü (ñ òî÷íîñòüþ äî òðåòüåãî çíàêà ïîñëå çàïÿòîé) ïîëó÷èì 1.574 ìA.

Äèôôåðåíöèàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ðàññìàòðèâàåìîãî ÃÑÒ ïðàêòè÷åñêè ðàâíî áåñêîíå÷íîñòè, õîòÿ "çåðêàëî" ÿâëÿ-åòñÿ íåñêîëüêî êðèâì (1.574 ìA, 1.501 ìA).

 

1.1.3. Àêòèâíé òðàíñôîðìàòîð ïîñòîÿííîãî òîêà

 

Ðèñ.1.3. Àêòèâíé

òðàíñôîðìàòîð

ïîñòîÿííîãî òîêà.

Åñëè â ýìèòòåðíå öåïè òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT2 (ðèñ.1.1) èëè òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT3 (ðèñ. 1.2) ââåñòè ðåçèñòîð è (èëè è , ñîîòâåòñòâåííî), òî ïîëó÷èòñÿ ÃÑÒ, â êîòîðîì òîê áóäåò â çàäàííîå ÷èñëî n ðàç îòëè÷àòüñÿ îò çíà÷åíèÿ îïîðíîãî òîêà . Ïðè ýòîì ÷èñëî n áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ îòíîøåíèåì è (è ). Äåéñòâèòåëüíî, îáðàòèâøèñü , íàïðèìåð, ê ñõåìå äàííîé íà ðèñ. 1.3, è ó÷èòâàÿ, ÷òî , ìîæíî íàïèñàòü

óðàâíåíèå

. (1.17)

Òî÷íî òàêîå æå óðàâíåíèå, íî â îòíîøåíèè âåëè÷èí , , , , è ìîæíî íàïèñàòü â ñëó÷àå òðàíñôîðìàòîðà òîêà, ïîñòðîåííîãî íà îñíîâå ñõåì ðèñ.1.2.

Èç (1.7) ñëåäóåò

. (1.18)

Êàê âèäèì, òðàíñôîðìàòîð òîêà ìîæåò áòü è ïîâøàþùèì (), è ïîíèæàþùèì ().

 ïåðâîì ñëó÷àå ì èìååì âñîêîñòàáèëüíé óñèëèòåëü ïîñòîÿííîãî òîêà, à âî âòîðîì ñëó÷àå ïîëó÷àåì âîçìîæíîñòü ðåàëèçàöèè âñîêîîìíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ñèãíàëó, èñïîëüçóÿ ëåãêî îñóùåñòâèìå ìåòîäàìè ìèêðîýëåêòðîíèêè ðåçèñòîð ñ íîìèíàëàìè â íåñêîëüêî åäèíèö êèëîîì.

Óáåäèìñÿ â ñïðàâåäëèâîñòè ïîñëåäíåãî íà êîíêðåòíîì ïðèìåðå. Äîïóñòèì íàì òðåáóåòñÿ ñîçäàòü èäåàëüíé ÃÑÒ íà îñíîâå òðàíçèñòîðîâ ñ ïàðàìåòðàìè (1.2). Êàê áëî ïîêàçàíî, ñõåìà ðèñ.1.1. ïðåäñòàâëÿåò òàêîé ÃÑÒ, åñëè ðåçèñòîð îïîðíîé öåïè R èìååò ñîïðîòèâëåíèå 163,43 êÎì. Èçãîòîâèòü ðåçèñòîð òàêîãî íîìèíàëà çàòðóäíèòåëüíî. Îáðàòèìñÿ ê ñõåìå ðèñ.1.3.

Ïî óñëîâèþ èäåàëüíîñòè, 0.5315 Â, . Çàäàäèìñÿ çíà÷åíèåì òîêà ðàâíì, íàïðèìåð, 0.6 ìÀ. Òîãäà íà îñíîâàíèè (1.1) ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî , ïîëó÷èì

Íà îñíîâàíèè (1.18),

.

Êàê âèäèì, ïðè âáðàííîì çíà÷åíèè , çíà÷åíèå íåîáõîäèìî âáðàòü òàêèì, ÷òîá âåëè÷èíà áëà á ïî âîçìîæíîñòè ìàëîé è, âî âñÿêîì ñëó÷àå, ìåíüøåé ÷åì .

Ïîëàãàÿ 5 êÎì, ïîëó÷èì

èëè Îì.

Òîê ÃÑÒ

Îïîðíé òîê

Ñîïðîòèâëåíèå îïîðíîãî ðåçèñòîðà R

êÎì.

Ïðè òåõ æå ôóíêöèîíàëüíõ âîçìîæíîñòÿõ ÷òî è â ñëó÷àå 1.1., ñõåìà íå ñîäåðæèò ðåçèñòîðîâ ñ íîìèíàëàìè, ïðåâøàþùèìè 10 êÎì.

 

1.2. Óñòðîéñòâî ñäâèãà óðîâíÿ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ

 

Ðèñ.1.4. Óñòðîéñòâî

ñäâèãà óðîâíÿ ïîñòîÿí-íîãî íàïðÿæåíèÿ.

 ìíîãîêàñêàäíõ óñèëèòåëÿõ ïðèõîäèòñÿ ñòàëêèâàòüñÿ ñ íàëè÷èåì ïåðåïàäà ïîòåíöèàëà ìåæäó âõîäîì ïðåäøåñòâóþùåãî è âõîäîì ïîñëåäóþùåãî êàñêàäîâ.  äèñêðåòíîé ñõåìîòåõíèêå ýòà ïðîáëåìà ðåøàåòñÿ ïóòåì èñïîëüçîâàíèÿ ðàçäåëèòåëüíõ êîíäåíñàòîðîâ, êîòîðå è áåðóò íà ñåáÿ óêàçàííóþ ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ, íå ïðåïÿòñòâóÿ, âìåñòå ñ òåì, ïðîõîæäåíèþ ïåðåìåííîé ñîñòàâ-ëÿþùåé òîêà ñèãíàëà.  èíòåãðàëüíîé ñõåìîòåõíèêå ýòîò ïóòü íå âñåãäà âîçìîæåí. Îí áåçóñëîâíî íåâîçìîæåí â ñëó÷àå óñèëèòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà, íåâîçìîæåí îí è â ñëó÷àå øèðîêîïîëîñíõ óñèëèòåëåé, òàê êàê ìåòîäàìè ìèêðîýëåêòðîíèêè íåëüçÿ èçãîòîâèòü êîíäåíñàòîð òðåáóåìõ äëÿ ýòîãî äîâîëüíî áîëüøèõ åìêîñòåé.

Ñîãëàñîâàíèÿ êàñêàäîâ ïî óðîâíþ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ â èíòåãðàëüíîé ñõåìîòåõíèêå äîñòèãàþò îäíèì èç äâóõ ïðèåìîâ: ëèáî ïîñðåäñòâîì ÷åðåäîâàíèÿ n-ð-n è ð-n-ð ñòðóêòóð, ëèáî ïîñðåäñòâîì ñïåöèàëüíõ óñòðîéñòâ ñäâèãà óðîâíÿ. Ïîñêîëüêó èäåÿ ïåðâîãî ñïîñîáà äîñòàòî÷íî ÿñíà, îñòàíîâèìñÿ òîëüêî íà ðàññìîòðåíèè óñòðîéñòâ ñäâèãà óðîâíÿ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ. Îäíèì èç íàèáîëåå óïîòðåáèòåëüíõ ÿâëÿåòñÿ óñòðîéñòâî, îñíîâàííîå íà èñïîëüçîâàíèè ÃÑÒ (ðèñ.1.4.).

ÃÑÒ âêëþ÷åí â öåïü òðàíçèñòîðà VÒ1, áàçà êîòîðîãî íåïîñðåäñòâåííî ñîåäèíÿåòñÿ ñ âõîäîì ïðåäøåñòâóþùåãî êàñêàäà.

Òàê êàê òîê ýìèòòåðà VÒ1, çàäàí ÃÑÒ , òî íàïðÿæåíèå ýòîãî òðàíçèñòîðà áóäåò àâòîìàòè÷åñêè óñòàíàâëèâàòüñÿ òàêèì, ÷òîá îáåñïå÷èâàòü ýòî çíà÷åíèå òîêà. Ñëåäîâàòåëüíî, êàêèì á íè áë ïîòåíöèàë òî÷êè À, ïîòåíöèàë òî÷êè  áóäåò ðàâåí

. (1.19)

Ïðè çàäàííîì çíà÷åíèå îäíîçíà÷íî ñîîòâåòñòâóåò çíà÷åíèþ è, ñëåäîâàòåëüíî , ìîæíî òàê âáðàòü çíà÷åíèå R ÷òîá èìåëî òàêæå çàðàíåå çàäàííîå çíà÷åíèå.

Íàïðèìåð, äîïóñòèì 6 Â, 5 Â, 1.2 ìÀ è òðåáóåòñÿ , ÷òîá 0.6 Â

Òàê êàê , òî íà îñíîâàíèè (1.1) ïîëó÷èì

Åñëè ïàðàìåòð òðàíçèñòîðà ñîîòâåòñòâóþò (1.2), òî

. Íà îñíîâàíèè (1.19) ïîëó÷àåì

Êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé íàïðÿæåíèÿ ýòèì óñòðîéñòâîì áëèçîê ê åäèíèöå

 

1.3. Óñèëèòåëüíé êàñêàä ñ âíóòðåííåé îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçüþ

 

Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ýëåìåíòà äàíà íà ðèñ.1.5. Îòðèöàòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü (ÎÎÑ) âõîäà ñî âõîäîì îáóñëîâëåíà íàëè÷èåì ðåçèñòîðà â öåïè ýìèòòåðà. Ýòî ñíèæàåò êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ýëåìåíòà ïî íàïðÿæåíèþ, íî çàòî ñóùåñòâåííî ëèíåàðèçóåò åãî ïåðåäàòî÷íóþ õàðàêòåðèñòèêó, ïîâøàåò âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå è ñíèæàåò âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå.

Ñâÿçü ñ íåòðóäíî ïîëó÷èòü, èñïîëüçóÿ (1.1). Èç ýòîãî óðàâíåíèÿ ñ ó÷åòîì ñîîòíîøåíèé

âòåêàåò

(1.20)

Íà îñíîâàíèè óðàâíåíèé Êèðõãîôà èìååì

(1.21)

 

Ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìì çíà÷åíèåì òîêà ýìèòòåðà â ýòîé öåïè áóäåò òàêîå åãî çíà÷åíèå, ïðè êîòîðîì òðàíçèñòîð îêàçâàåòñÿ íà ãðàíè ðåæèìà ãëóáîêîãî íàñùåíèÿ. Òàê íàïðèìåð, ïðè 12  è 2 êÎì äîïóñòèìîå çíà÷åíèå òîêà ýìèòòåðà íå áîëåå 6 ìÀ.

Àëãîðèòì ðàñ÷åòà ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè áóäåò ñëåäóþùèì.  îáîñíîâàííîì äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ òîêà ýìèòòåðà âáèðàåòñÿ ðÿä ðàâíîîòñòîÿùèõ åãî çíà÷åíèé è äëÿ êàæäîãî èç ýòèõ çíà÷åíèé ïî ôîðìóëå (1.21) â÷èñëÿåòñÿ çíà÷åíèå , à çàòåì, ïî ôîðìóëå (1.20), çíà÷åíèå .

Íèæå, â òàáëèöå 1.1, ïðèâåäåí ðåçóëüòàò ðàñ÷åòîâ äëÿ ñëó÷àÿ 12 Â, 2 êÎì, 10 êÎì, 0,15 êÎì.

Ðèñ.1.5. Êàñêàä ñ âíóòðåí-

íåé îòðèöàòåëüíîé

îáðàòíîé ñâÿçüþ.

 ÷åòâåðòîì ñòîëáöå ýòîé òàáëèö äàí àáñîëþòíå çíà÷åíèÿ ïðèðàùåíèÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùèå èçáðàííîìó øàãó èçìåíåíèÿ , ðàâíîìó 0,5 ìÀ, èëè, ÷òî ñîâåðøåííî ðàâíîçíà÷íî, èçáðàí-íîìó øàãó èçìåíåíèÿ , ðàâíîìó 0,825 Â.

 ïÿòîì è øåñòîì ñòîëáöàõ òàáëèö äëÿ ñðàâíåíèÿ äàí. çíà÷åíèÿ è , ïîëó÷åííå ïðè .

Òàáëèöà 1.1.

Ðåçóëüòàò ðàñ÷åòîâ ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè óñèëèòåëüíîãî êàñêàäà ñ ÎÎÑ

, ìÀ

, Â

, Â

, Â

, Â

 

 

 

 

 

 

0.5

9.174

0.6802

9.5310-2

0.6051

2.0110-2

 

 

 

 

 

 

1.0

8.349

0.7755

 

0.6252

 

 

 

 

8.7810-2

 

1.2710-2

1.5

7.523

0.8633

 

0.6379

 

 

 

 

8.4910-2

 

0.9710-2

2.0

6.698

0.9482

 

0.6476

 

 

 

 

8.3410-2

 

0.8210-2

2.5

5.872

1.0316

 

0.6558

 

 

 

 

8.2410-2

 

0.7210-2

3.0

5.047

1.1140

 

0.6630

 

 

 

 

8.1910-2

 

0.6510-2

3.5

4.221

1.1959

 

0.6695

 

 

 

 

8.1410-2

 

0.6210-2

4.0

3.396

1.2773

 

0.6757

 

 

 

 

8.1210-2

 

0.5810-2

4.5

2.570

1.3585

 

0.6815

 

 

 

 

8.1010-2

 

0.5710-2

5.0

1.745

1.4395

 

0.6872

 

 

 

 

8.0910-2

 

0.5510-2

5.5

0.919

1.5204

 

0.6927

 

 

Êàê âèäèì, ïðè íàëè÷èè îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè ïî öåïè ýìèòòåðà, êðóòèçíà ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè (êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ) â ðàññìàòðèâàåìîì äèàïàçîíå èçìå-íåíèÿ èçìåíÿåòñÿ òîëüêî ïðèìåðíî íà 16 % ( îò 8,66 äî 10,2).  îòñóòñòâèè æå îáðàòíîé ñâÿçè ýòîò êîýôôèöèåíò èçìåíÿåòñÿ áîëåå ÷åì â 3,6 ðàçà ( îò 41 äî 150 ).

Äèíàìè÷åñêîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå êàñêàäà â ñðåäíåé ÷àñòè ðàáî÷åãî äèàïàçîíà ðàâíî

 îòñóòñòâèè îáðàòíîé ñâÿçè âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå â òîé òî÷êå ðàâíî

 

1.4.Ýìèòòåðíé ïîâòîðèòåëü

 

Ñõåìà ïîâòîðèòåëÿ ïðåäñòàâëå-íà íà ðèñ. 1.6. Îñîáåííîñòüþ ñõåì ÿâëÿåòñÿ âñîêîå çíà÷åíèå âõîä-íîãî è íèçêîå çíà÷åíèå âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèé. Äèôôåðåíöèàëüíé êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è íàïðÿæå-íèÿ KU<1.

Ðèñ.1.6. Ýìèòòåðíé

ïîâòîðèòåëü.

Òàêèì îáðàçîì, ñõåìà ðàáîòàåò êàê óñèëèòåëü òîêà.  àíàëîãîâõ ÈÌÑ èñïîëüçóåòñÿ â êà÷åñòâå â-õîäíîãî êàñêàäà. Ïðè ýòîì òðàíçèñ-òîð VÒ1 ìîæåò áòü ìíîãîýìèò-òåðíì.Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà òàêàÿ æå, êàê â ïðåääóùåì ïàðàãðàôå.

Ïðè çàäàííîì çíà÷åíèè UÂÕ

,

.

Ñëåäîâàòåëüíî, óðàâíåíèå àíàëîãè÷íîå (1.20), áóäåò èìåòü âèä

(1.22)

Âõîäíîå íàïðÿæåíèå

. (1.23)

Äîïóñòèì êÎì, êÎì, Â. Òîãäà è óðàâíåíèå (1.22), ïðè çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðîâ òðàíçèñòîðà, äàííõ â (1.1), çàïèøåòñÿ â âèäå

.

(1.22')

 òàáëèöå 1.2. ïðèâåäåí ðåçóëüòàò ðàñ÷åòîâ âõîäíîãî è âõîäíîãî íàïðÿæåíèé ïðè òîêå ýìèòòåðà, èçìåíÿþùåìñÿ â äèàïàçîíå îò 2 äî 20 ìÀ.

Òàáëèöà 1.2.

Ðåçóëüòàò ðàñ÷åòà ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè ýìèòòåðíîãî ïîâòîðèòåëÿ

 

IÝ

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

UÂÕ

0.935

1.242

1.541

1.835

2.128

2.420

2.711

3.002

3.292

3.582

UÂÕ

0.286

0.571

0.857

1.143

1.429

1.714

2.000

2.286

2.571

2.857

DUÂÕ

 

0.307

0.299

0.294

0.293

0.292

0.291

0.291

0.290

0.290

 

Ïðè ïîñòîÿííîì øàãîâîì èçìåíåíèè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ 0.286, øàãîâîå èçìåíåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ óìåíüøàåòñÿ îò âåëè÷èí 0.307 â íà÷àëå äèàïàçîíà äî âåëè÷èí 0.290 â êîíöå åãî. Òàêèì îáðàçîì, â áîëüøåé ñâîåé ÷àñòè ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðàêòè÷åñêè ëèíåéíà è äèôôåðåíöèàëüíé êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è íàïðÿæåíèÿ .

Ñòàòè÷åñêîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ïðè (UÂÕ2.128  ) ðàâíî

22.8 êÎì.

Äèíàìè÷åñêîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå â òîé æå ðàáî÷åé òî÷êå ðàâíî

êÎì.

Âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ïðåîáðàçîâàòåëÿ íàïðÿæåíèÿ - ýòî âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå ýòîãî óñòðîéñòâà, åñëè åãî ðàññìàòðèâàòü êàê èñòî÷íèê òîêà, âîçáóæäàåìé âõîäíì íàïðÿæåíèåì. Òîãäà, â ñîîòâåòñòâèè ñ çàêîíîì Îìà äëÿ îäíîêîíòóðíîé öåïè, íàïðÿæåíèå íà âõîäå èñòî÷íèêà

.

Òàê êàê íàïðÿæåíèå íà âõîäå ïðè ðàâíî Ý.Ä.Ñ. Å òî

.

Îòñþäà

. (1.24)

Åñëè ðàññìàòðèâàåòñÿ ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè çàäàííîì çíà÷åíèè ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé , òî ôîðìóëà (1.24) äàåò çíà÷åíèå ñòàòè÷åñêîãî âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ. Åñëè ðàññìàòðèâàåòñÿ ïåðåìåííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè çàäàííõ çíà÷åíèÿõ ïîñòîÿííîé è ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùèõ, òî (1.24) äàåò çíà÷åíèå äèíàìè÷åñêîãî âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ â âáðàííîé ðàáî÷åé òî÷êå.

Ñâÿçü âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñî âõîäíì íàïðÿæåíèåì äàåò óðàâíåíèå (1.22). Ýòó ñâÿçü ìîæíî çàïèñàòü â ÿâíîì âèäå

èëè

 

 

 

 

 

(1.22')

 

Ïðè , êÎì óðàâíåíèå (1.22') â ðàáî÷åé òî÷êå  è áóäåò èìåòü âèä

.

Ðåøàÿ ýòî óðàâíåíèå ìåòîäîì èòåðàöèé, ïîëó÷èì

Íà îñíîâàíèè (1.24) èìååì

Îì

Ñâÿçü ìåæäó ïåðåìåííìè ñîñòàâëÿþùèìè âõîäíîãî è âõîäíîãî íàïðÿæåíèé â ðåæèìå ìàëîãî ñèãíàëà íàéäåì, ïðîäèôôåðåíöèðîâàâ (1.22')

. (1.25)

Ïðè  è êÎì ïîëó÷èì

.

Ïðè Â è áóäåì èìåòü

.

Íà îñíîâàíèè (1.24) äèíàìè÷åñêîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå

Îì.

 

 

1.5. Äâóõòàêòíé óñèëèòåëü ìîùíîñòè

 

1.5.1. Êîíñòðóêöèÿ è ïðèíöèï äåéñòâèÿ

 

Âõîäíå êàñêàä óñèëèòåëåé è óìíîæèòåëåé íàïðÿæåíèÿ äîëæí îáåñïå÷èâàòü âäåëåíèå â íàãðóçêå ñðàâíèòåëüíî çíà÷èòåëüíîé ìîùíîñòè, ñîñòàâëÿþùåé äåñÿòêè èëè äàæå ñîòíè ìèëëèâàòò. Ñëåäîâàòåëüíî, ýòè êàñêàä äîëæí èìåòü äîñòàòî÷íî áîëüøîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå è âõîäíîé òîê è ìàëîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå. Êðîìå òîãî, â öåëÿõ óâåëè÷åíèÿ ÊÏÄ æåëàòåëüíî, ÷òîá òîê êàñêàäà â ðåæèìå ïîêîÿ (ò.å. â îòñóòñòâèè ñèãíàëà) áë áëèçêèì ê íóëþ. Æåëàòåëüíà òàêæå çàùèòà êàñêàäà îò ïåðåãðóçîê è, â ÷àñòíîñòè, îò çàìêàíèÿ âõîäà íà ëþáóþ èç êëåìì èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ. Òèïîâàÿ ñõåìà âõîäíîãî êàñêàäà, óäîâëåòâîðÿþùàÿ óêàçàííì òðåáîâàíèÿì, ïðèâåäåíà íà ðèñ.1.7. Êàñêàä ïèòàåòñÿ îò äâóõ ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííõ èñòî÷íèêîâ ÅÏ1 è ÅÏ2 , ñðåäíÿÿ òî÷êà êîòîðõ çàìêíóòà íà îáùóþ øèíó. Âõîäíìè ýëåìåíòàìè ÿâëÿþòñÿ òîêîâå êëþ÷è íà êîìïëåìåíòàðíõ èäåíòè÷íõ òðàíçèñòîðàõ VT1 è VT2. Ñîïðîòèâëåíèå â öåïÿõ ýìèòòåðîâ è îäèíàêîâ. Çíà÷åíèÿ ïîòåíöèàëîâ áàç ýòèõ òðàíçèñòîðîâ â ïîêîå îïðåäåëÿþòñÿ çíà÷åíèÿìè ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà èäåíòè÷íõ òðàíçèñòîðàõ â äèîäíîì âêëþ÷åíèè VD1 è VD2. Çíà÷åíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðà R ïîäáèðàåòñÿ òàêèì, ÷òîá â ðåæèìå ïîêîÿ ïîòåíöèàë òî÷êè A îòíîñèòåëüíî îáùåé øèí ðàâíÿëñÿ íóëþ. Òîãäà

Ðèñ.1.7.Äâóõòàêòíé óñèëèòåëü ìîùíîñòè.

 

íàïðÿæåíèÿ è â ïîêîå áóäóò îäèíàêîâìè, òîêè òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT2 áóäóò òàê æå îäèíàêîâìè è ïîòåíöèàë òî÷êè B (âõîäíîå íàïðÿæåíèå) áóäåò ðàâåí íóëþ. Òîê ÃÑÒ âáèðàåòñÿ äîñòàòî÷íî ìàëì, ÷òîá ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà äèîäàõ VD1 è VD2, à, çíà÷èò, è íàïðÿæåíèÿ è , áëè ìàëìè è òîê òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT2 â ðåæèìå ïîêîÿ áë èñ÷åçàþùå ìàë (îáà êëþ÷à "çàêðò").  ðåæèìå ïîêîÿ êàñêàä ïðàêòè÷åñêè íå áóäåò ïîòðåáëÿòü ýíåðãèè îò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ.

Êðîìå òîãî, ïîñêîëüêó ñîïðîòèâëåíèÿ è âáèðàþòñÿ ìíîãî ìåíüøå ñîïðîòèâëåíèÿ ïðÿìîãî ñìåùåííîãî ïåðåõîäà òðàíçèñòîðîâ ýìèòòåð-áàçà, òî ïðè âñåõ çíà÷åíèÿõ IÝ1 è IÝ2, ñîîòâåòñòâóþùèõ íîðìàëüíîìó ðåæèìó, ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèé íà ýòèõ ñîïðîòèâëåíèÿõ íàñòîëüêî ìàë, ÷òî òðàíçèñòîð VT4 è VT5 íàõîäÿòñÿ â ïî÷òè çàïåðòîì ñîñòîÿíèè è ïðàêòè÷åñêè íå øóíòèðóþò ïåðåõîäîâ ýìèòòåð-áàçà òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT2. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ïðè èññëåäîâàíèè íîðìàëüíîãî ðåæèìà ðàáîò êàñêàäà íàëè÷èå òðàíçèñòîðîâ VT4 è VT5 ìîæíî íå ó÷èòâàòü.

Òàê êàê ïîòåíöèàë òî÷êè À â ïîêîå ðàâåí íóëþ, òî ïîòåíöèàë áàç òðàíçèñòîðà VT3 â ïîêîå äîëæåí áòü îáúÿçàòåëüíî îòðèöàòåëüíì ( < 0). Òðåáóåìîå çíà÷åíèå îáåñïå÷èâàåòñÿ ñ ïîìîùüþ óñòðîéñòâà ñäâèãà óðîâíÿ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ, óñòàíàâëèâàåìîãî ìåæäó ïðåäøåñòâóþùèì êàñêàäîì è âõîäíì êàñêàäîì.

Äîïóñòèì òåïåðü, ÷òî íà âõîä VT3 ïîäàíî ïîëîæèòåëüíîå íàïðÿæåíèå ñèãíàëà. Ýòî âçîâåò óâåëè÷åíèå òîêà ýìèòòåðà ýòîãî òðàíçèñòîðà è, ñîîòâåòñòâåííî, òîêà êîëëåêòîðà. Òîãäà ïîòåíöèàë òî÷êè Ñ ïîíèçèòñÿ, ïîñêîëüêó âåëè÷èíà òîêà, ïðèòåêàþùåãî ê ýòîé òî÷êå, îñòàåòñÿ íåèçìåííîé è ðàâíîé òîêó ÃÑÒ , à âåëè÷èíà òîêà, óòåêàþùåãî îò íåå ( òîê êîëëåêòîðà VT3 ), âîçðàñòàåò. Ïîíèæåíèå ïîòåíöèàëà òî÷êè Ñ ( ïîòåíöèàëà áàç òðàíçèñòîðà VÒ1 ) ïðèâåäåò ê òîìó, ÷òî òðàíçèñòîð VT1 çàïðåòñÿ è òîê áàç ýòîãî òðàíçèñòîðà ñòàíåò ðàâíì íóëþ. Íî òîãäà òîê, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç äèîä VD1 è VD2, ñòàíåò òî÷íî ðàâåí è ïîòåíöèàë òî÷êè F òàêæå ïîíèçèòñÿ ïî òîé æå ïðè÷èíå, ÷òî è â ñëó÷àå òî÷êè Ñ. Ïîíèæåíèå ïîòåíöèàëà òî÷êè F ( ïîòåíöèàëà áàç òðàíçèñòîðà VT2 ) âçîâåò, íàîáîðîò, óâåëè÷åíèå òîêà áàç òðàíçèñòîðà VÒ2, à, çíà÷èò, è òîêà ýìèòòåðà ýòîãî òðàíçèñòîðà. Òîê ýìèòòåðà VÒ2 ïîòå÷åò â íàãðóçêó, òàê êàê òðàíçèñòîð VÒ1 çàïåðò.

Ïðè îòðèöàòåëüíîì íàïðÿæåíèè ñèãíàëà íà âõîäå, êàê ëåãêî óáåäèòüñÿ, ïîòåíöèàë áàç VT1 è VT2 âîçðàñòóò, â ðåçóëüòàòå ÷åãî òåïåðü îòêðîåòñÿ òðàíçèñòîð VÒ1 è çàïðåòñÿ òðàíçèñòîð VÒ2. Òîê â íàãðóçêå èçìåíèò ñâîå íàïðàâëåíèå è áóäåò ïðåäñòàâëÿòü ñîáîþ òîê ýìèòòåðà VT1. Åñëè òðàíçèñòîð VT1 è VT2 èäåíòè÷í, òî òàêàÿ èõ "ñìåííàÿ" ðàáîòà íå âíåñåò èñêàæåíèé â óñèëèâàåìé ñèãíàë.

Òðàíçèñòîð VT4 è VT5 ðåàëèçóþò çàùèòíå ôóíêöèè ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ïðè î÷åíü áîëüøîì ñèãíàëå èëè ñëó÷àéíîì çàìêàíèè âõîäà íà îäíó èç êëåìì èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ýòè òðàíçèñòîð îòêðâàþòñÿ è øóíòèðóþò ïåðåõîä ýìèòòåð-áàçà òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT2 , ïðåäîõðàíÿÿ èõ òåì ñàìì îò ïåðåãðóçêè.

 

1.5.2. Îöåíêà òðåáóåìîãî çíà÷åíèÿ

 

Îöåíêà òðåáóåìîãî çíà÷åíèÿ ïîòåíöèàëà áàç VT3 â ïîêîå ìîæåò áòü ñäåëàíà ñëåäóþùèì ïóòåì. Èñõîäèì èç çíà÷åíèÿ àìïëèòóä ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðåäøåñòâóþùåãî êàñêàäà. Ïóñòü îíà ðàâíà UÌ. Òîãäà ïîòåíöèàë áàç VÒ3 áóäåò èçìåíÿòüñÿ â ïðåäåëàõ

.

Êàê áëî ïîêàçàíî, ïðè âîçðàñòàíèè òðàíçèñòîð VT1 ïåðåõîäèò â ðåæèì îòñå÷êè, à òðàíçèñòîð VÒ2, íàïðîòèâ îòêðâàåòñÿ. Ïîòåíöèàë áàç VT2, à, çíà÷èò, è ïîòåíöèàë êîëëåêòîðà VÒ2 ïîíèæàåòñÿ. Íî ýòî çíà÷èò, ÷òî íàïðÿæåíèå êîëëåêòîð-áàçà VÒ3 ñ ðîñòîì ñóùåñòâåííî óìåíüøàåòñÿ.  ãðóáîì ïðèáëèæåíèè èçìåíåíèå ïîòåíöèàëà êîëëåêòîðà ìîæíî ñ÷èòàòü ïðîïîðöèîíàëüíì èçìåíåíèþ ïîòåíöèàëà áàç , ò.å. ïîòåíöèàë êîëëåêòîðà â ìèíèìóìå áóäåò ðàâåí

Íàïðÿæåíèå êîëëåêòîð-áàçà â ìèíèìóìå áóäåò ðàâíî

×òîá òðàíçèñòîð VÒ3 íå îêàçàëñÿ â ðåæèìå íàñùåíèÿ, íåîáõîäèìî, ÷òîá >0. Ýòî çíà÷èò, ÷òî äîëæíî âïîëíÿòñÿ íåðàâåíñòâî

×åì ìåíüøèì ì âáåðåì çíà÷åíèå , òåì ñ áîëüøåé ãàðàíòèåé è òåì áîëåå øèðîêîì äèàïàçîíå çíà÷åíèé áóäåò îáåñïå÷åí àêòèâíé ðåæèì ðàáîò òðàíçèñòîðà VÒ3.

Îäíàêî åñòü îãðàíè÷åíèå íà çíà÷åíèå íå òîëüêî ñâåðõó, íî è ñíèçó. Ñ óìåíüøåíèåì ïîòåíöèàë ðàñòåò, íàïðÿæåíèå ðàñòåò è íàñùåíèå òðàíçèñòîðó íå ãðîçèò. Íî åìó â ýòîì ñëó÷àå, ãðîçèò ïåðåõîä â ðåæèì îòñå÷êè. Äåéñòâèòåëüíî, ïîòåíöèàë ýìèòòåðà èç-çà íàëè÷èÿ R âñåãäà âøå

>-.

Çíà÷èò, íàïðÿæåíèå áàçà- ýìèòòåð â ìèíèìóìå

.

×òîá òðàíçèñòîð îñòàâàëñÿ â àêòèâíîì ðåæèìå, íåîáõîäèìî ÷òîá >0. Ýòî çíà÷èò, ÷òî

Åñëè, íàïðèìåð, è , òî íå äîëæíî áòü ìåíüøå -10 Â.

Îöåíèâ çíà÷åíèå è çàäàâøèñü çíà÷åíèÿìè ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ , è R , ìîæíî ïðèñòóïàòü ê ðàñ÷åòó. Áóäåì èñõîäèòü èç ïðåäïîëîæåíèÿ, ÷òî âñå òðàíçèñòîð èäåíòè÷í òðàíçèñòîðó ñ ïàðàìåòðàìè (1.1), à ýëåìåíò ñõåì èìåþò ñëåäóþùèå íîìèíàë:

Îì, R500 Îì,

 

1.5.3. Ðàñ÷åò çàäàþùåãî óñòðîéñòâà âõîäíîãî êàñêàäà

 

Çàäàþùåå óñòðîéñòâî ñîñòîèò èç öåïî÷êè ñëåäóþùèõ ýëåìåíòîâ: ÃÑÒ, VD1, VD2, VT3 è ðåçèñòîðà R. Îïðåäåëåíèþ ïîäëåæàò çíà÷åíèÿ òîêà ÃÑÒ , òîêà äèîäà è íàïðÿæåíèÿ íà äèîäàõ â ðåæèìå ïîêîÿ, òîêà ýìèòòåðà VÒ3 â ïîêîå è íîìèíàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R.

Êàê óæå îòìå÷àëîñü, òîê ÃÑÒ äîëæåí áòü çàäàí òàêèì, ÷òîá â ðåæèìå ïîêîÿ òðàíçèñòîð VT1 è VT2 áëè ïî÷òè çàïåðò, ò.å. òîê ýìèòòåðîâ ýòèõ òðàíçèñòîðîâ áë â 50-100 ðàç ìåíüøå ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ. Ïðåäåëüíîå çíà÷åíèå òîêà âáðàííõ òðàíçèñòîðîâ 20 ìÀ, ïîýòîìó çàäàäèìñÿ çíà÷åíèåì òîêà ýìèòòåðîâ â ïîêîå Òîãäà ïîòåíöèàë áàç ýòèõ òðàíçèñòîðîâ â ïîêîå ìîæíî îïðåäåëèòü èç óðàâíåíèÿ (1.26), êîòîðîå ñëåäóåò èç óðàâíåíèÿ (1.2), åñëè ó÷åñòü, ÷òî

òî-åñòü

(1.26)

Ïîäñòàâèâ çíà÷åíèÿ âñåõ ïàðàìåòðîâ, ïîëó÷èì

Òàê êàê â ðåæèìå ïîêîÿ ïîòåíöèàë òî÷êè À ðàâåí íóëþ, òî

Òîê äèîäà â ïîêîå îïðåäåëÿåòñÿ èç óðàâíåíèÿ

(1.27)

åãî çíà÷åíèå

Òîê ÃÑÒ ðàâåí

(1.28)

òî-åñòü

Òîê êîëëåêòîðà VÒ3 â ïîêîå

. (1.29)

Îòñþäà, òîê ýìèòòåðà VÒ3 â ïîêîå

0.1565 ìÀ . (1.30)

Åñëè â ðåæèìå ïîêîÿ ïîòåíöèàë òî÷êè À ðàâåí íóëþ, òî

(1.31)

Îòñþäà ïîëó÷àåì

Çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ â ïîêîå ìîæíî îïðåäåëèòü èç óðàâíåíèÿ (1.2) äëÿ òðàíçèñòîðà VÒ3

(1.32)

 

Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå R äîëæíî óäîâëåòâîðÿòü óðàâíåíèþ

ñëåäîâàòåëüíî,

êÎì. (1.33)

 

1.5.4. Ðàñ÷åò ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè ïî òîêó

 

Ïðè óâåëè÷åíèè ïîòåíöèàëà òðàíçèñòîð VÒ1 ïåðåõîäèò â ðåæèì îòñå÷êè, òîê äèîäîâ ñòàíîâèòñÿ ðàâíì , òîê æå êîëëåêòîðà VÒ3 òåïåðü áóäåò ðàâåí

.

Êàê âèäèì, íàëè÷èå ÃÑÒ â öåïè êîëëåêòîðà VÒ3 ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ïåðåìåííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà áàç VÒ2 âñåãäà ðàâíà ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé òîêà êîëëåêòîðà VÒ3

.

Ïîñêîëüêó òîê êîëëåêòîðà ñâÿçàí ñ òîêîì áàç ñîîòíîøåíèåì , òî èçìåíåíèå òîêà áàç VÒ2 áóäåò ñâÿçàíî ñ èçìåíåíèåì òîêà áàç VÒ3 ðàâåíñòâîì

. (1.34)

Èçìåíåíèå òîêà áàç VÒ2 âçîâåò èçìåíåíèå òîêà ýìèòòåðà ýòîãî òðàíçèñòîðà, ðàâíîå

.

 

Èçìåíåíèå òîêà IÝ2 ìîæåò ðåàëèçîâàòü òîëüêî êàê âõîäíîé òîê â íàãðóçêå RÍ , ïîñêîëüêó òðàíçèñòîð VÒ1 çàïåðò. Òàêèì îáðàçîì

(1.35)

Âõîäíîé êàñêàä ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé óñèëèòåëü òîêà ñ ïðàêòè÷åñêè ëèíåéíîé ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêîé è äèôôåðåíöèàëüíì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ ïî òîêó, ðàâíì

(1.36)

Åñëè , òî òðàíçèñòîð VÒ2 çàêðâàåòñÿ è îòêðâàåòñÿ òðàíçèñòîð VÒ1. Òîê â íàãðóçêå èçìåíÿåò íàïðàâëåíèå íà îáðàòíîå, íî íàïèñàííå ñîîòíîøåíèÿ îñòàþòñÿ â ñèëå, òàê êàê òðàíçèñòîð èäåíòè÷í.

Âõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðè ýòîì ðàâíî

(1.37)

 

1.5.5. Ðàñ÷åò ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè ïî íàïðÿæåíèþ

 

Èç óðàâíåíèÿ (1.37) ñëåäóåò,÷òî äëÿ óñòàíîâëåíèÿ ñâÿçè ìåæäó çíà÷åíèÿìè âõîäíîãî è âõîäíîãî íàïðÿæåíèé, äîñòàòî÷íî óñòàíîâèòü âèä ñâÿçè ìåæäó èçìåíåíèåì çíà÷åíèÿ òîêà ýìèòòåðà VÒ3, , è èçìåíåíèåì çíà÷åíèÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ . Åñëè , òî òðàíçèñòîð VÒ1 çàêðò è òîê ýìèòòåðà VÒ2 , , ðàâåí òîêó â íàãðóçêå . Ñëåäîâàòåëüíî, ïîòåíöèàë , è âñåãäà ðàâíé åìó ïîòåíöèàë êîëëåêòîðà VT3, ìîãóò áòü îïðåäåëåí èç óðàâíåíèÿ

. (1.38)

Ó÷èòâàÿ, ÷òî

, (1.39)

çíà÷åíèå ìîæíî îïðåäåëèòü èç óðàâíåíèÿ

(1.40)

Èçìåíåíèå òîêà ýìèòòåðà VÒ3 ñâÿçàíî ñî çíà÷åíèåì òîêà â íàãðóçêå óðàâíåíèåì

, (1.41)

êîòîðîå âòåêàåò èç (1.35).

Çíà÷åíèå ïîòåíöèàëà áàç ñâÿçàíî ñî çíà÷åíèåì òîêà

ýìèòòåðà óðàâíåíèåì

(1.42)

Òàêèì îáðàçîì, ì ïîëó÷èëè ïîëíóþ ñèñòåìó óðàâíåíèé (1.42), (1.41), (1.40) è (1.38), êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü çíà÷åíèå ïî çàäàííîìó çíà÷åíèþ . Ðåøàÿ ýòó ñèñòåìó, ïîëó÷èì

(1.43)

Êàê âèäèì, ïåðåìåííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà ýìèòòåðà ñâÿçàíà ñ ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ëèíåéíîé çàâèñèìîñòüþ.

Âõîäíîå íàïðÿæåíèå êàñêàäà ñâÿçàíî ñ ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ëèíåéíîé çàâèñèìîñòüþ

(1.44)

Ðàññìàòðèâàåìé êàñêàä îáëàäàåò ëèíåéíîé ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêîé íå òîëüêî ïî òîêó, íî è ïî íàïðÿæåíèþ. Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ ïîëó÷àåòñÿ ðàâíì

(1.45)

Ïðè âáðàííõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðîâ 3.38.

Îáëàñòü ëèíåéíîñòè ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè îïðåäåëÿåòñÿ óñëîâèåì ( àêòèâíé ðåæèì VÒ3 ). Èç íàïèñàííîé âøå ñèñòåì óðàâíåíèé ñëåäóåò, ÷òî ýòî óñëîâèå âïîëíÿåòñÿ, åñëè

Òàê êàê äëÿ êðåìíèåâõ òðàíçèñòîðîâ â ñëàáîòî÷íîì ðåæèìå íàïðÿæåíèÿ íà ýìèòòåðíõ ïåðåõîäàõ VT2 è VT3 â ñóììå íå ïðåâøàåò çíà÷åíèÿ 1.5 Â, òî óñëîâèå ëèíåéíîñòè ïðèíèìàåò âèä

(1.46)

Ïðè âáðàííõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðîâ ñõåì, ïåðåäàòî÷íå õàðàêòåðèñòèêè ëèíåéí â èíòåðâàëå çíà÷åíèé îò 0 äî 6.15 Â.

Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî ìîùíîñòè ðàâåí

(1.47)

Ïðè âáðàííõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðîâ ñõåì

 

1.1.6. Äèôôåðåíöèàëüíé óñèëèòåëü ïîñòîÿííîãî òîêà

 

Ñõåìà óñèëèòåëÿ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ.1.8. Ýòî äâà ýìèòòåðíî-ñâÿçàííõ èäåíòè÷íõ òðàíçèñòîðà ñ îäèíàêîâìè ðåçèñòîðàìè è â öåïÿõ êîëëåêòîðîâ, ïèòàåìå îò ÃÑÒ. Óñèëèòåëü èìååò äâà âõîäà. Âõîäíîå íàïðÿæåíèå ñíèìàåòñÿ ñ êîëëåêòîðîâ òðàíçèñòîðîâ.

Òàê êàê ïîòåíöèàë ýìèòòåðîâ âñåãäà îäèíàêîâ , òðàíçèñòîð èäåíòè÷í è , òî ïðè . Äðóãèìè ñëîâàìè, òàêîé óñèëèòåëü ðåàãèðóåò òîëüêî íà ðàçíîñòü âõîäíõ íàïðÿæåíèé, ïî÷åìó è íàçâàí äèôôåðåíöèàëüíì.

×òîá òðàíçèñòîð â âîçìîæíî áîëåå øèðîêîì äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ çíà÷åíèÿ ðàçíîñòè ñîõðàíÿëè àêòèâíé ðåæèì, íåîáõîäèìî ÷òîá çíà÷åíèå òîêà ÃÑÒ è íîìèíàë ðåçèñòîðîâ è óäîâëåòâîðÿë íåðàâåíñòâó , òàê êàê â ïðåäåëüíîì ñëó÷àå òîê ýìèòòåðà îäíîãî èç òðàíçèñòîðîâ ìîæåò ñòàòü ðàâíì .

Ðèñ.1.8.Äèôôåðåíöèàëüíé

êàñêàä.

Íàïèøåì ñîîòíîøåíèÿ, ñâÿçâàþùèå çíà÷åíèÿ òîêîâ è íàïðÿæåíèé â ýëåìåíòàõ öåïè.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


(1.48)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Òàê êàê çíà÷åíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ëèøü çíà÷åíèåì ðàçíîñòè è , òî ïðè ðàñ÷åòàõ ëþáîå èç íèõ ìîæíî ïîëîæèòü ðàâíì íóëþ. Áóäåì äàëåå ñ÷èòèòàòü 0âîä áàç VT2 çàêîðî÷åí íà îáùóþ øèíó).

Íà îñíîâàíèè (1.46) íåòðóäíî íàéòè, ÷òî

, (1.49)

 

(1.50)

(1.51)

(1.52)

(1.53)

(1.54)

 ñîîòâåòñòâèè ñ (1.2) è ñèñòåìîé (1.49) - (1.54) èìååì

(1.56)

 

 

 

. (1.57)

 

Ìåòîä ðàñ÷åòà ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ ïðåäñòàâëÿåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì. Çàäàåìñÿ ðÿäîì ðàâíîîòñòàþùèõ çíà÷åíèé â èíòåðâàëå îò äî . Äëÿ êàæäîãî èç ýòèõ çíà÷åíèé ïî ôîðìóëå (1.49) îïðåäåëÿåì çíà÷åíèå , ïî ôîðìóëå (1.52) çíà÷åíèå è ïî ôîðìóëå (1.56) . Çàòåì, ïî ôîðìóëå (1.50) îïðåäåëÿåì çíà÷åíèå è, ðåøàÿ óðàâíåíèå (1.56), íàõîäèì çíà÷åíèå .

 òàáëèöå 1.3 ïðèâåäåí ðåçóëüòàò ðàñ÷åòîâ äëÿ ñëó÷àÿ 12 Â, 10 êÎì, 1 ìÀ è òðàíçèñòîðà ñ ïàðàìåòðàìè (1.1).

 

Òàáëèöà 1.3.

Ðåçóëüòàò ðàñ÷åòîâ ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè

IÝ1,ìÀ

UÂÕ

UÊÁ2

UÝ

UÊ1

UÂÕ1

0.1

-2.642

5.726

-0.6255

8.368

-64.0

0.2

-1.981

6.056

-0.6217

8.037

-41.0

0.3

-1.321

6.386

-0.6174

7.707

-25.3

0.4

-0.660

6.716

-0.6126

7.377

-12.2

0.5

0.000

7.047

-0.6070

7.047

0.0

0.6

0.660

7.377

-0.6004

6.716

12.2

0.7

1.321

7.707

-0.5921

6.386

25.3

0.8

1.981

8.037

-0.5807

6.056

41.0

0.9

2.642

8.368

-0.5616

5.726

64.0

äèôôåðåíöèàëüíîãî êàñêàäà

 

Ãðàôèê ýòîé ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè ïðèâåäåí íà ðèñ. 1.9.

 èíòåðâàëå èçìåðåíèÿ òîêà ýìèòòåðà îò äî ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðàêòè÷åñêè ëèíåéíà è äèôôåðåíöèàëüíé êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è ïî íàïðÿæåíèþ KU54.1 .Îäíàêî çà ïðåäåëàìè ýòîãî èíòåðâàëà êðóòèçíà õàðàêòåðèñòèêè óìåíüøàåòñÿ, ñòðåìÿñü ê íóëþ.

Âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ ïðè ýòîì äîâîëüíî âåëèêî, òàê ÷òî èçìåíåíèå çíà÷åíèÿ ñóùåñòâåííî ñêàçâàåòñÿ íà êðóòèçíå õàðàêòåðèñòèêè. Òàê íàïðèìåð, åñëè â ðàññìîòðåííîé ñõåìå ñ÷èòàòü , òî ïðè òîêå ïîëó÷èì : -1.981 Â, -8.57 ìÂ, . Êàê âèäèì, ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåæíèì (10 êÎì ), êðóòèçíà õàðàêòåðèñòèêè âîçðîñëà áîëåå ÷åì â 4 ðàçà.

Äëÿ óñèëèòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà âàæíà ñòàáèëüíîñòü âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ â îòñóòñòâèè ñèãíàëà èëè, êàê ãîâîðÿò, âàæíî îòñóòñòâèå äðåéôà íóëÿ. Ýòîò äðåéô ìîæåò îáóñëàâëèâàòüñÿ èçìåíåíèåì íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, èçìåíåíèåì òåìïåðàòóð è èçìåíåíèåì çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ òðàíçèñòîðîâ ñî âðåìåíåì.

 

 

Ðèñ.1.9. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà

äèôôåðåíöèàëüíîãî êàñêàäà.

 

Äîñòîèíñòâîì ðàññìîòðåííîãî òèïà äèôôåðåíöèàëüíõ óñèëèòåëåé ÿâëÿåòñÿ ïðàêòè÷åñêè ïîëíîå îòñóòñòâèå äðåéôà íóëÿ. Ýòî íåïîñðåäñòâåííî ñëåäóåò èç èõ íå÷óâñòâèòåëüíîñòè ê ñèíôàçíì ñèãíàëàì. Èçìåíåíèå æå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, èçìåíåíèå òåìïåðàòóð, èçìåíåíèå çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ òðàíçèñòîðîâ äèôôåðåíöèàëüíîé ïàð ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê âîçäåéñòâèå íà ýòó ïàðó òàêèõ ñèíôàçíõ ñèãíàëîâ.

Îáðàòèì âíèìàíèå åùå íà îäíî âàæíîå ñâîéñòâî äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ.

Òàê êàê ñóììà òîêîâ ýìèòòåðîâ äèôôåðåíöèàëüíîé ïàð îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé è ðàâíîé , òî èçìåíåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ âçâàåò, ïî ñóùåñòâó, èçìåíåíèå ñîîòíîøåíèÿ òîêà êàæäîãî ýìèòòåðà (íàïðèìåð ) ê òîêó ÃÑÒ.  ðåæèìå ìàëîãî ñèãíàëà ( îáëàñòü èçìåíåíèÿ / îò 0.4 äî 0.6 ), êàê áëî ïîêàçàíî, ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ëèíåéíà. Íî ýòî çíà÷èò, åñëè ó÷åñòü (1.49), ÷òî âåëè÷èíà (2/- 1 ) ñ áîëüøîé òî÷íîñòüþ ïðîïîðöèîíàëüíà ðàçíîñòè (-). Íà ýòîì îñíîâàíèè ìîæíî óòâåðæäàòü, ÷òî â ðåæèìå ìàëîãî ñèãíàëà âõîäíîå íàïðÿæåíèå äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ ïðîïîðöèîíàëüíî ïðîèçâåäåíèþ òîêà ÃÑÒ è ðàçíîñòè çíà÷åíèé âõîäíõ íàïðÿæåíèé

B× (-), (1.57)

ò.å. äèôôåðåíöèàëüíé óñèëèòåëü îñóùåñòâëÿåò îïåðàöèþ ïåðåìíîæåíèÿ ýòèõ äâóõ âåëè÷èí.  ðàññìîòðåííîì âøå ñëó÷àå

B 54.1 ìÀ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ÃËÀÂÀ 2

ÏÐÎÑÒÅÉØÈÅ ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÅ ÓÑÒÐÎÉÑÒÂÀ

ÀÍÀËÎÃÎÂÕ ÈÌÑ

 

2.1. Óñèëèòåëü ñèíóñîèäàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ íèçêîé

÷àñòîò ( ìèêðîñõåìà Ê123ÓÍ )

 

Èäåÿ óñèëèòåëÿ ÿñíà èç ñõåì, äàííîé íà ðèñ.2.1.Óñèëèòåëü ñîäåðæèò ñëåäóþùèå ôóíêöèîíàëüíå óçë:

1.     Òðåõêàñêàäíé ïðåäóñèëèòåëü ïîñòîÿííîãî òîêà ñ íåïîñðåäñòâåííìè ñâÿçÿìè ìåæäó òðàíçèñòîðàìè VT1, VT2 è VT3. Ïåðâé è òðåòèé êàñêàä ñ âíóòðåííåé îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçüþ. Êðîìå òîãî, îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçüþ îõâà÷åí òðåòèé è ïåðâé êàñêàä.

2.     Óñòðîéñòâî ñäâèãà óðîâíÿ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ (òðàíçèñòîð VT4, ðåçèñòîð è òðàíçèñòîð VÒ6 ).

3.     Äâà ÃÑÒ ( òðàíçèñòîð VT6 è VT8 ), ïèòàåìå îò åäèíîãî çàäàþùåãî òîê ÃÑÒ óñòðîéñòâà ( òðàíçèñòîð VT5 è VÒ7, ðåçèñòîð ).

4.     Óìíîæèòåëü òîêà ( òðàíçèñòîð VT4 è VT8).

 

Ðèñ.2.1. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà óñèëèòåëÿ Ê123ÓÍ.

Ðåæèì ïîêîÿ âõîäíîãî òðàíçèñòîðà VT1 çàäàåòñÿ ïóòåì ïîäà÷è ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé íàïðÿæåíèÿ óñòðîéñòâà ñäâèãà óðîâíÿ íà áàçó ýòîãî òðàíçèñòîðà. Îñóùåñòâëÿåòñÿ ýòî ëèáî âíåøíèì ñîåäèíåíèåì òî÷åê 2 è 1 ìèêðîñõåì, ëèáî ñîåäèíåíèåì òî÷êè 6 ñ òî÷êîé 1 ÷åðåç íàâåñíîé ðåçèñòîð . Äëÿ óñòðàíåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè ïî ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé íàïðÿæåíèÿ òî÷êà 6 çàìêàåòñÿ íà îáùóþ øèíó íàâåñíì êîíäåíñàòîðîì Ñ2 äîñòàòî÷íî áîëüøîé åìêîñòè.

 

2.1.1. Ðàñ÷åò ðåæèìà ïîêîÿ òðàíçèñòîðîâ

òðåõêàñêàäíîãî óñèëèòåëÿ

 

Çàäà÷à ñõåìîòåõíè÷åñêîãî ðàñ÷åòà óñèëèòåëÿ çàêëþ÷àåòñÿ â îïðåäåëåíèè òåõ íîìèíàëîâ âñåõ ðåçèñòîðîâ, ïðè êîòîðõ îáåñïå÷èâàåòñÿ äîñòàòî÷íàÿ ëèíåéíîñòü àìïëèòóäíîé õàðàêòåðèñòèêè, òðåáóåìå çíà÷åíèÿ âõîäíîãî è âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèé è êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ. Ëèíåàðèçàöèÿ àìïëèòóäíîé õàðàêòåðèñòèêè äîñòèãàåòñÿ ïóòåì îõâàòà óñèëèòåëÿ îòðèöàòåëüíìè îáðàòíìè ñâÿçÿìè, îñóùåñòâëÿåììè ñ ïîìîùüþ ðåçèñòîðîâ , , è . Îäíàêî ýòè ñâÿçè áóäóò ýôôåêòèâíìè â òîì è òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè ðåæèì ðàáîò òðàíçèñòîðîâ âî âñåì äèíàìè÷åñêîì äèàïàçîíå îñòàåòñÿ àêòèâíì èëè áëèçêèì ê íåìó. Âïîëíåíèå ýòîãî óñëîâèÿ îïðåäåëÿåòñÿ íîìèíàëàìè ðåçèñòîðîâ , è .

Êðîìå äèíàìè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ, ñóùåñòâåííî òàêæå è çíà÷åíèå òàêîãî ïàðàìåòðà, êàê óðîâåíü ñîáñòâåííõ øóìîâ óñèëèòåëÿ.  îòíîøåíèè çíà÷åíèÿ ýòîãî ïàðàìåòðà äîìèíèðóþùóþ ðîëü èãðàåò òðàíçèñòîð VT1, ïîñêîëüêó ôëóêòóàöèè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ýòîãî òðàíçèñòîðà óñèëèâàþòñÿ ïîñëåäóþùèìè êàñêàäàìè. Ôëóêòóàöèè òîêà êîëëåêòîðà ñèëüíî âîçðàñòàþò ïðè áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ îáðàòíîãî íàïðÿæåíèÿ íà êîëëåêòîðíîì ïåðåõîäå, êîãäà ïîëå â ïåðåõîäå íàñòîëüêî âåëèêî, ÷òî ñòàíîâèòñÿ çàìåòíì ñïîíòàííîå ðàçìíîæåíèå íîñèòåëåé. Ïî ýòîé ïðè÷èíå íîìèíàë ðåçèñòîðîâ è è ðåæèì ïîêîÿ òðàíçèñòîðîâ VT2 è VT3 ñëåäóåò çàäàâàòü òàêèìè, ÷òîá íàïðÿæåíèå ýòèõ òðàíçèñòîðîâ íå ïðåâøàëî çíà÷åíèÿ 2-3  âî âñåì äèíàìè÷åñêîì äèàïàçîíå.  îòíîøåíèè òðàíçèñòîðà VT1 óñëîâèÿ äîëæí áòü åùå áîëåå æåñòêèìè. Íàïðÿæåíèå íà êîëëåêòîðíîì ïåðåõîäå â ðåæèìå ïîêîÿ ýòîãî òðàíçèñòîðà ñëåäóåò çàäàòü ïðÿìì, ïîðÿäêà 0.05-0.06 Â. Òðàíçèñòîð áóäåò íàõîäèòüñÿ â íà÷àëå ðåæèìà íàñùåíèÿ, íî ñóùåñòâåííîãî èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðîâ åãî âîëüòàìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè åùå íå ïðîèçîéäåò. Ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî ðåçêîå ñïàäàíèå òîêà ýìèòòåðà â ðåæèìå íàñùåíèÿ ïðîèñõîäèò ëèøü ïðè çíà÷åíèÿõ ïðÿìîãî íàïðÿæåíèÿ íà êîëëåêòîðíîì ïåðåõîäå, ðàâíõ íàïðÿæåíèþ íà ýìèòòåðíîì ïåðåõîäå.  ñëó÷àå êðåìíèåâõ òðàíçèñòîðîâ ýòî ñîîòâåòñòâóåò çíà÷åíèÿì 0.5-0.6  .

 äàííîì ïàðàãðàôå ì êàê á îáðàòèì ðàñ÷åòíóþ çàäà÷ó è, âìåñòî îïðåäåëåíèÿ íîìèíàëîâ ðåçèñòîðîâ íà îñíîâå çàäàííõ ïàðàìåòðîâ òðàíçèñòîðîâ è ïàðàìåòðîâ ðåæèìà ïîêîÿ, îïðåäåëèì ïàðàìåòð ðåæèìà, âçÿâ íîìèíàë ðåçèñòîðîâ ðåàëüíîé ìèêðîñõåì, è ïîêàæåì, ÷òî ýòè ïàðàìåòð ðåæèìà ïðè ïàðàìåòðàõ òðàíçèñòîðîâ, äàííõ â (1.1), òî÷íî ñîîòâåòñòâóþò èçëîæåííì âøå òðåáîâàíèÿì è â ïðåäåëàõ ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé ñîâïàäàþò ñî çíà÷åíèÿìè ïàðàìåòðîâ ðåæèìà ïîêîÿ ðåàëüíîé ÈÌÑ.

Íîìèíàë ðåçèñòîðîâ, âðàæåííå â êèëîîìàõ, ñëåäóþùèå: 9, 5, 0.6, 0.1, 0.43, 6.3.

Ïîñêîëüêó ïîòåíöèàë ýìèòòåðîâ òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT3 îïðåäåëÿþòñÿ òîêàìè ïðîòåêàþùèìè ïî ðåçèñòîðàì è ñîîòâåòñòâåííî, òî ïðåæäå âñåãî íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü ñâÿçü ýòèõ òîêîâ ñ òîêàìè ýìèòòåðîâ.

Íà îñíîâàíèè ñèñòåì óðàâíåíèé Êèðõãîôà, íàéäåì

Ïîäñòàâëÿÿ çíà÷åíèÿ íîìèíàëîâ ðåçèñòîðîâ ïîëó÷èì

(2.1)

Êðîìå òîãî çàìåòèì, ÷òî òîê, ïðîòåêàþùèé â ðåçèñòîðå êîëëåêòîðíîé íàãðóçêè êàæäîãî òðàíçèñòîðà, îòëè÷àåòñÿ îò òîêà ýìèòòåðà ýòîãî òðàíçèñòîðà íà âåëè÷èíó, ðàâíóþ ðàçíîñòè òîêîâ áàç ñîñåäíèõ òðàíçèñòîðîâ. Òàê êàê êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è òîêà áàç ýòèõ b òðàíçèñòîðîâ ïîðÿäêà 100 è áîëåå, òî â îöåíî÷íõ ðàñ÷åòàõ ñîâåðøåííî äîïóñòèìî ïðèíèìàòü òîê â íàãðóçêå ðàâíì òîêó ýìèòòåðà äàííîãî òðàíçèñòîðà.

Ïðèñòóïèì ê àíàëèçó. Ïðåæäå âñåãî íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü îáëàñòü äîïóñòèìõ çíà÷åíèé òîêà ýìèòòåðà êàæäîãî òðàíçèñòîðà. Íà÷íåì ñ òðàíçèñòîðà VT2.

Ìàêñèìàëüíîå äîïóñòèìîå çíà÷åíèå òîêà ýìèòòåðà ýòîãî òðàíçèñòîðà áóäåò ðàâíî òîìó çíà÷åíèþ, ïðè êîòîðîì ïîòåíöèàë êîëëåêòîðà ýòîãî òðàíçèñòîðà ñòàíîâèòñÿ ðàâíì ïîòåíöèàëó åãî áàç (0) è òðàíçèñòîð îêàçâàåòñÿ íà ãðàíè ðåæèìà íàñùåíèÿ

Íà îñíîâàíèè (1.2) â ýòèõ óñëîâèÿõ ïîëó÷èì

Ïîäñòàâëÿÿ çíà÷åíèè 6  è çíà÷åíèÿ äðóãèõ ïàðàìåòðîâ, ïðèäåì ê òðàíñöåíäåíòíîìó óðàâíåíèþ

èç êîòîðîãî, ïðåíåáðåãàÿ ìàëîé âåëè÷èíîé , íàéäåì

Åñëè òîê óìåíüøàòü, òî áóäåò âîçðàñòàòü ïîòåíöèàë êîëëåêòîðà VT2 è, ñîîòâåòñòâåííî, ïîòåíöèàë áàç VT3. Ýòî âçîâåò ðîñò òîêà ýìèòòåðà . Ïðè íåêîòîðîì çíà÷åíèè òîêà îêàæåòñÿ íà ãðàíè íàñùåíèÿ òåïåðü óæå òðàíçèñòîð VÒ3. Ñëåäîâàòåëüíî , ìèíèìàëüíî äîïóñòèìîå çíà÷åíèå òîêà ýìèòòåðà âòîðîãî òðàíçèñòîðà ñâÿçàíî ñ ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìì çíà÷åíèåì òîêà ýìèòòåðà òðåòüåãî òðàíçèñòîðà. Ýòà ñâÿçü âòåêàåò èç î÷åâèäíõ ñîîòíîøåíèé

Ñëåäîâàòåëüíî,

(2.2)

Çíà÷åíèå íàõîäèòñÿ òåì æå ìåòîäîì, ÷òî è â ñëó÷àå îïðåäåëåíèÿ , ò.å

Ïîñêîëüêó ðå÷ü ïîêà èäåò ëèøü î ïðèáëèæåííîé îöåíêå ÷èñëåííîãî çíà÷åíèÿ , òî íà îñíîâàíèè (2.1) è òîãäà

Íà îñíîâàíèè (1.2), ïîñêîëüêó 0,èìååì

îòêóäà

. (2.3)

Òàê êàê çíà÷åíèå óæå çàìåòíî îòëè÷àåòñÿ îò 1 ìÀ, òî ïðåíåáðåãàòü âåëè÷èíîé â ýòîì óðàâíåíèè óæå íå ñëåäóåò. Ïðèìåíÿÿ ïðè ðåøåíèè óðàâíåíèÿ (2.3) ìåòîä ïîñëåäîâàòåëüíõ ïðèáëèæåíèé (ìåòîä èòåðàöèé), à â êà÷åñòâå íóëåâîãî ïðèáëèæåíèÿ çíà÷åíèå

óæå â ñëåäóþùåì ïðèáëèæåíèè ïîëó÷èì

÷òî îòâå÷àåò ïîãðåøíîñòè ìåíåå 1 %. Íà îñíîâàíèè (2.2) ,à ñåðåäèíå îáëàñòè äîïóñòèìõ çíà÷åíèé òîêà ñîîòâåòñòâóåò òîê

(2.4)

Ïðèìåì ýòó âåëè÷èíó çà çíà÷åíèå òîêà ýìèòòåðà VT2 â ïîêîå.

Îïðåäåëèì çíà÷åíèÿ ïîòåíöèàëîâ êîëëåêòîðà è áàç òðàíçèñòîðà VT2 â ïîêîå

. (2.5)

Äëÿ îïðåäåëåíèÿ âîñïîëüçóåìñÿ (1.2) è ó÷òåì, ÷òî ,

.

 

Îòñþäà, ïîäñòàâèâ çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ, ïîëó÷èì

,

(2.6)

Òàê êàê ïîòåíöèàë êîëëåêòîðà VÒ1 ðàâåí ïîòåíöèàëó áàç VT2, òî ïî íàéäåííîìó çíà÷åíèþ îïðåäåëèì òîê ýìèòòåðà VÒ1 â ïîêîå

(2.7)

Îïðåäåëèì òåïåðü çíà÷åíèå òîêà ýìèòòåðà òðàíçèñòîðà VÒ3 â ïîêîå

Îòñþäà

(2.À)

 

(2.Á)

Íà îñíîâàíèè (1.2) èìååì

 

èëè

(2.8)

Ðåøàÿ (2.8) ìåòîäîì èòåðàöèé, ïîëó÷èì

(2.9)

Îïðåäåëèì çíà÷åíèå ïîòåíöèàëà áàç òðàíçèñòîðà VT1 â ïîêîå. Êàê îòìå÷àëîñü â íà÷àëå äàííîãî ïàðàãðàôà, òðàíçèñòîð VT1, â öåëÿõ óìåíüøåíèÿ åãî øóìîâ, äîëæåí ðàáîòàòü â íà÷àëå ðåæèìà íàñùåíèÿ.  ýòîé îáëàñòè ìîæíî èñïîëüçîâàòü óðàâíåíèå (1.2).Ñëåäîâàòåëüíî,

èëè,

(2.10)

Ðåøàÿ óðàâíåíèå (2.10), ïîëó÷èì

(2.11)

Íà îñíîâàíèè (2.11) è (2.6) ìîæíî óáåäèòüñÿ, ÷òî çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ êîëëåêòîð-áàçà ïåðâîãî òðàíçèñòîðà â ïîêîå ðàâíî

ò.å. òðàíçèñòîð äåéñòâèòåëüíî íàõîäèòñÿ â íà÷àëå îáëàñòè íàñùåíèÿ. Òàêæå ëåãêî óáåäèòüñÿ â òîì, ÷òî íàéäåííîå çíà÷åíèå òîêà òðàíçèñòîðà VÒ3 â ïîêîå ñîîòâåòñòâóåò ñåðåäèíå åãî îáëàñòè àêòèâíîãî ðåæèìà. Âñå ýòî, âìåñòå âçÿòîå, ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî íîìèíàë ðåçèñòîðîâ , è âáðàí â ïîëíîì ñîîòâåòñòâèè ñî ñâîéñòâàìè òðàíçèñòîðîâ, êîòîðå âðàæàþòñÿ óðàâíåíèåì (1.2), è óñëîâèåì îïòèìàëüíîñòè äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà óñèëèòåëÿ.

 

2.1.2. Ðàñ÷åò êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ è âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ

 

Âõîäíîå íàïðÿæåíèå òðåòüåãî êàñêàäà ÷èñëåííî ðàâíî ïîòåíöèàëó êîëëåêòîðà VT3

 

Ïåðåìåííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ýòîãî íàïðÿæåíèÿ ðàâíà

 

(2.12)

 

Íà îñíîâàíèè (1.2) ïîëó÷àåì

 

(2.13)

 ñîîòâåòñòâèè ñ (2.À), (2.Á) è (2.9), .

Òàê êàê

òî

Äàëåå, òàê êàê

òî

Ïîäñòàâëÿÿ ýòè çíà÷åíèÿ â (2.13), ïîëó÷èì

(2.14)

ãäå

(2.15)

 

Ðàññìàòðèâàÿ âòîðîé è ïåðâé êàñêàä, ïóòåì àíàëîãè÷íõ äåéñòâèé íàéäåì

(2.16)

ãäå

(2.17)

è

(2.18)

ãäå

 

(2.19)

Ðåøàÿ ñèñòåìó (2.14), (2.16) è (2.18) ñîâìåñòíî, ïðèäåì ê óðàâíåíèþ

(2.20)

Îïðåäåëèâ ÷èñëåííå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ , , è ò.ä. â âáðàííîé ðàáî÷åé òî÷êå, íåòðóäíî óáåäèòüñÿ â òîì, ÷òî ïåðâé ÷ëåí ïðàâîé ÷àñòè (2.20) â äåñÿòêè òñÿ÷ ðàç ïðåâîñõîäèò âòîðîé ÷ëåí ýòîé ÷àñòè. Âòîðîé è ÷åòâåðòé ÷ëåí ëåâîé ÷àñòè â ñóììå ïðåâîñõîäÿò ñóììó âñåõ îñòàëüíõ ÷ëåíîâ ýòîé ÷àñòè áîëåå ÷åì â òñÿ÷ó ðàç. Ñëåäîâàòåëüíî, ñ ïîãðåøíîñòüþ ìåíåå 0.1 %, óðàâíåíèå (2.20) ýêâèâàëåíòíî óðàâíåíèþ

 

 

èëè

(2.20')

Îòñþäà, ïîëó÷àåì

(2.21)

Òàê êàê g ïîðÿäêà 0.01 è Ñ1 ðàâíî Ñ2 ñ ïîãðåøíîñòüþ ìåíåå 0.2 %, òî ñ ïîãðåøíîñòüþ íå áîëåå 1 % èìååì

Âõîäíîå äèíàìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå ïðåäóñèëèòåëÿ ðàâíî

Íà îñíîâàíèè (2.18) è (2.20') ìîæíî ïîëó÷èòü

Ñëåäîâàòåëüíî,

(2.22)

 çàäàííîì ðåæèìå ïîêîÿ Ñ118.758 êÎì-1 C218.792 êÎì-1, Ñ33.37210-2 êÎì-1 , g1.11210-2, òàê ÷òî

êÎì , (2.22')

 

ò.å. áîëåå 1.5 ÌÎìà. Òàê êàê òî÷êà 1 (áàçà VT1) ÷åðåç ðåçèñòîð è íàâåñíîé êîíäåíñàòîð C2 ñîåäèíåíà ñ îáùåé øèíîé, òî ôàêòè÷åñêîå çíà÷åíèå âõîäíîãî äèíàìè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ìèêðîñõåì áóäåò ðàâíî, åñëè ó÷åñòü (2.22'), ñîïðîòèâëåíèþ ðåçèñòîðà .

 

2.1.3. Ðàñ÷åò âõîäíîãî óñòðîéñòâà

 

Âõîäíì àêòèâíì ýëåìåíòîì óñòðîéñòâà ÿâëÿåòñÿ òðàíçèñòîð VÒ4, ïèòàåìé îñíîâíì ãåíåðàòîðîì ñòàáèëüíîãî òîêà (ÃÑÒ) (íà ìíîãîýìèòòåðíîì òðàíçèñòîðå VÒ8) è âñïîìîãàòåëüíì ÃÑÒ, (íà òðàíçèñòîðå VÒ6). Îñíîâíîé ÃÑÒ ñëóæèò äëÿ óìåíüøåíèÿ âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ñõåì. Âñïîìîãàòåëüíé ÃÑÒ ÿâëÿåòñÿ ýëåìåíòîì óñòðîéñòâà ñäâèãà óðîâíÿ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ, íåîáõîäèìîãî äëÿ çàäàíèÿ ðàñ÷åòíîãî çíà÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà áàçå òðàíçèñòîðà VT1 â ïîêîå, ò.å. çíà÷åíèÿ . Òðàíçèñòîð VT5 è VT7 â äèîäíîì âêëþ÷åíèè ñëóæàò äëÿ çàäàíèÿ îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ , ïèòàþùåãî èñïîëíèòåëüíå òðàíçèñòîð ÃÑÒ.

Ïîòåíöèàë è ñâÿçàí ñîîòíîøåíèåì

, (2.23)

ãäå ñîïðîòèâëåíèå öåïè îáðàòíîé ñâÿçè ïî ïîñòîÿííîìó òîêó, ðåàëèçóåìîé ðåçèñòîðîì èëè .

Ïîëàãàÿ 13 êÎì, ïîëó÷èì

0.759 Â.

 ñîîòâåòñòâèè ñî ñõåìîé âêëþ÷åíèÿ òðàíçèñòîðîâ VT5 è VT7, íà îñíîâàíèè (1.2) èìååì

èëè

(2.24)

Ðåøàÿ ýòî óðàâíåíèå ïðè R106 êÎì, íàéäåì

U**0.632 Â.

Òîê âñïîìîãàòåëüíîãî ÃÑÒ (òîê êîëëåêòîðà VÒ6) áóäåò ðàâåí

0.789 ìÀ. (2.25)

Òîê îñíîâíîãî ÃÑÒ (òîê êîëëåêòîðà VÒ8)

(2.26)

ãäå n - ÷èñëî ýìèòòåðîâ òðàíçèñòîðà VT8.

Òîê ýìèòòåðà òðàíçèñòîðà VÒ4 â ïîêîå

 

 

 

(2.27)

Òîê ýìèòòåðà VT4 ðàâåí ñóììå òîêîâ êîëëåêòîðîâ VT6 è VT8. Ïðèðàâíèâàÿ (2.27) ñóììå (2.25) è (2.26) è ëîãàðèôìèðóÿ îáå ÷àñòè ðàâåíñòâà, ïðèäåì ê óðàâíåíèþ

(2.28)

êîòîðîå îïðåäåëÿåò çíà÷åíèå ïîòåíöèàëà ýìèòòåðà VT4 â ïîêîå, ò.å. çíà÷åíèå ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.

Ïîëàãàÿ n4 è ïîäñòàâëÿÿ çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ðåæèìà ïîêîÿ, ïîëó÷èì

 

(2.28')

Ïåðâé ÷ëåí ýòîãî óðàâíåíèÿ ìàë ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè ÷ëåíàìè è, êðîìå òîãî, î÷åíü ñëàáî çàâèñèò îò çíà÷åíèÿ . Óðàâíåíèå (2.28') ïðàêòè÷åñêè ëèíåéíîå è åãî êîðåíü ðàâåí

Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R9 ðàâíî

÷òî ïîëíîñòüþ ñîîòâåòñòâóåò óêàçàííîìó â ïàñïîðòå ÈÌÑ çíà÷åíèþ íîìèíàëà ýòîãî ðåçèñòîðà.

Äèôôåðåíöèàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå îñíîâíîãî ÃÑÒ íà òðàíçèñòîðå VT8

Íà îñíîâàíèè (2.26) èìååì

(2.29)

Äèôôåðåíöèàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå âñïîìîãàòåëüíîãî ÃÑÒ íà òðàíçèñòîðå VT6 ñîñòàâëÿåò

Íà îñíîâàíèè (2.25) ïîëó÷àåì

(2.30)

Ïîëíîå äèôôåðåíöèàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå â öåïè ýìèòòåðà VÒ4, ñîñòàâèò

(2.31)

Ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà ïî ïåðåìåííîìó òîêó ìîæåò áòü ïðåäñòàâëåíà ðèñóíêîì 2.2.

Îïðåäåëèì çíà÷åíèÿ êîýô-ôèöèåíòà ïåðåäà÷è íàïðÿæåíèÿ îêîíå÷íì êàñêàäîì è âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ.

Ïåðåìåííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ âõîäíîãî òîêà - ýòî ïåðåìåííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà ýìèòòåðà VÒ4. Ñîãëàñíî (2.27) èìååì

Ðèñ.2.2. Ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà

âõîäíîãî óñòðîéñòâà.

 

. (2.27')

 

Òàê êàê dUÊ3 - ýòî ïåðåìåííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ íàïðÿæåíèÿ íà âõîäå îêîíå÷íîãî êàñêàäà , à dUÝ4 - ïåðåìåííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ íàïðÿæåíèÿ íà âõîäå è, ñëåäîâàòåëüíî,

,

òî, â ñîîòâåòñòâèè ñ (2.27'), èìååì

 

 

Âåëè÷èíà íè÷òîæíî ìàëà ïî ñðàâíåíèþ ñ âåëè÷èíîé è åþ ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Ïîäåëèâ ÷èñëèòåëü è çíàìåíàòåëü ïðåääóùåãî âðàæåíèÿ íà , ïîëó÷èì

Âåëè÷èíà îòíîñèòåëüíî ìàëà, åþ ìîæíî ïðåíåáðå÷ü ïî ñðàâíåíèþ ñ 1.  òàêîì ñëó÷àå, âðàæåíèå äëÿ óïðîùàåòñÿ è èìååò âèä

(2.32)

Êàê âèäèì, ïðè RÍ¥ , êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è íàïðÿæåíèÿ âõîäíì óñòðîéñòâîì ðàâåí 1 è êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ âñåé ìèêðîñõåì ðàâåí êîýôôèöèåíòó óñèëåíèÿ ïåðâõ òðåõ êàñêàäîâ (2.21). Ñ óìåíüøåíèåì ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è íàïðÿæåíèÿ óìåíüøàåòñÿ.

Óðàâíåíèÿ (2.21) ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü çíà÷åíèå âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ÈÌÑ. Äåéñòâèòåëüíî, ïðè RÍ¥, . Êàê áëî ðàíåå ïîêàçàíî, âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ÷èñëåííî ðàâíî òàêîìó çíà÷åíèþ ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè, ïðè êîòîðîì âõîäíîå íàïðÿæåíèå óìåíüøàåòñÿ â 2 ðàçà ïðè òîì æå çíà÷åíèè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ñîãëàñíî (2.32) ýòî áóäåò èìåòü ìåñòî, åñëè RÍ óäîâëåòâîðÿåò ðàâåíñòâó

Ñëåäîâàòåëüíî, èìååì

. (2.33)

 

 ðàññìàòðèâàåìîì íàìè êîíêðåòíîì ñëó÷àå èìååì RÍ6.710-3 êÎì6.7 Îì.

 

 

2.2 Îïåðàöèîííé óñèëèòåëü

 

Îïåðàöèîííé óñèëèòåëü - ýòî óñèëèòåëü ïîñòîÿííîãî òîêà, îñíîâàííé íà ïðèíöèïå äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëåíèÿ, îáëàäàþùèé áîëüøèì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ (ÊU104¸106) è ïðåäíàçíà÷åííé äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ ðàçëè÷íîãî ðîäà ëèíåéíõ îïåðàöèé íàä ñèãíàëàìè. Íîìåíêëàòóðà îïåðàöèîííõ óñèëèòåëåé â íàñòîÿùåå âðåìÿ âåñüìà ðàçíîîáðàçíà, íî âñå îíè èìåþò òîæäåñòâåííóþ ñòðóêòóðó (Ðèñ.2.3).

Ðèñ.2.3. Ñòðóêòóðà îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (à) è

åãî óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå (á)

 

Äèôôåðåíöèàëüíé óñèëèòåëü (êàê ïðàâèëî ìíîãîêàñêàäíé) èìååò äâà âõîäà. Â çàâèñèìîñòè îò òîãî, íà êàêîé èç ýòèõ âõîäîâ ïîäàåòñÿ ñèãíàë, âõîäíîå íàïðÿæåíèå îêàçâàåòñÿ ëèáî ñèíôàçíì ñ âõîäíì íàïðÿæåíèåì, ëèáî èìååò ïðîòèâîïîëîæíóþ åìó ôàçó. Ñîîòâåòñòâåííî, îäèí èç âõîäîâ íàçâàþò íåèíâåðòèðóþùèì (+), äðóãîé - èíâåðòèðóþùèì (-).

Èñïîëüçîâàíèå èíâåðòèðóþùåãî âõîäà ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü îòðèöàòåëüíóþ îáðàòíóþ ñâÿçü âõîäà ñî âõîäîì, èñïîëüçîâàíèå æå íåèíâåðòèðóþùåãî âõîäà - ïîëîæèòåëüíóþ îáðàòíóþ ñâÿçü. Ìåíÿÿ õàðàêòåð è ñòðóêòóðó îáðàòíîé ñâÿçè ìîæíî ïðèäàòü îïåðàöèîííîìó óñèëèòåëþ ñâîéñòâà ñàìõ ðàçëè÷íõ ôóíêöèîíàëüíõ óñòðîéñòâ: âñîêîñòàáèëüíõ óñèëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ è òîêà, ãåíåðàòîðîâ ðàçëè÷íõ ôîðì êîëåáàíèé, èíòåãðàòîðîâ, äèôôåðåíöèàòîðîâ, ñóììàòîðîâ, ñðàâíèâàþùèõ óñòðîéñòâ, òðèããåðîâ è ò.ä.  íàñòîÿùåå âðåìÿ èìååòñÿ íåñêîëüêî ñîòåí òèïîâõ ñõåì èñïîëüçîâàíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ. Ýòà ôóíêöèîíàëüíàÿ óíèâåðñàëüíîñòü îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ äåëàåò åãî îñíîâíì áàçîâì óñòðîéñòâîì àíàëîãîâîé èíòåãðàëüíîé ñõåìîòåõíèêè.

Íèæå, â êà÷åñòâå ïðèìåðà äëÿ àíàëèòè÷åñêîãî ðàñ÷åòà, ïðèâîäèòñÿ ìèêðîñõåìà Ê140ÓÄ1 (ðèñ.2.4).

Ðèñ.2.4. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà îïåðàöèîííîãî

óñèëèòåëÿ Ê140ÓÄ1.

Îñíîâó óñèëèòåëÿ ñîñòàâëÿåò äèôôåðåíöèàëüíé óñèëèòåëü íà òðàíçèñòîðàõ VT1, VT2. Ýìèòòåðíîñâÿçàííå òðàíçèñòîð VT4 è VT5 îáðàçóþò âòîðîé óñèëèòåëüíé êàñêàä. Òðàíçèñòîð VT3 è VÒ6 îáðàçóþò ÃÑÒ1, ïèòàþùèé äèôôåðåíöèàëüíé óñèëèòåëü. Âòîðàÿ òðàíçèñòîðíàÿ ïàðà VT6 è VT8 îáðàçóåò âòîðîé ÃÑÒ, ïèòàþùèé óñòðîéñòâî ñäâèãà óðîâíÿ (òðàíçèñòîð VT7). Âõîäíì óñòðîéñòâîì ÿâëÿåòñÿ ýìèòòåðíé ïîâòîðèòåëü íà òðàíçèñòîðå VÒ9.

 

2.2.1. Îïðåäåëåíèå òîêà ÃÑÒ 1

 

Äëÿ âõîäíîãî äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ ÿâëÿåòñÿ ïðèíöèïèàëüíî âàæíì, ÷òîá äèíàìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå ÃÑÒ, ïèòàþùåãî ýòîò óñèëèòåëü, áëî á ïî âîçìîæíîñòè áîëüøèì. Ýòèì îïðåäåëÿåòñÿ êàê çíà÷åíèå âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ óñèëèòåëÿ, òàê è çíà÷åíèå òàêîãî âàæíîãî ïàðàìåòðà, êàê êîýôôèöèåíò ïîäàâëåíèÿ ñèíôàçíõ ïîìåõ, ò.å. ñòåïåíü íåçàâèñèìîñòè ïàðàìåòðîâ óñèëåíèÿ îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, òåìïåðàòóð, ñòàðåíèÿ òðàíçèñòîðîâ è ò.ï.

 ïàðàãðàôå 1.1.1. ïîä÷åðêèâàëîñü, ÷òî áåñêîíå÷íî áîëüøîå äèôôåðåíöèàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ÃÑÒ ìîæåò áòü ïîëó÷åíî ïðè îïðåäåëåííîì çíà÷åíèè íàïðÿæåíèÿ íà ýìèòòåðíîì ïåðåõîäå óïðàâëÿåìîãî òðàíçèñòîðà ÃÑÒ (VT3), óäîâëåòâîðÿþùåì óñëîâèþ . Êàê áëî ïîêàçàíî â 1.1.3, ýòî óñëîâèå ìîæåò áòü ëåãêî ðåàëèçîâàíî, åñëè èñïîëüçîâàòü àêòèâíé òðàíñôîðìàòîð (äåëèòåëü) òîêà. Íåòðóäíî çàìåòèòü, ÷òî â ðàññìàòðèâàåìîé ìèêðîñõåìå çàäàþùèé ýëåìåíò ÃÑÒ1 êàê ðàç è ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òàêîé òðàíñôîðìàòîð.

Îäíàêî, åñëè èñïîëüçîâàòü òå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ äëÿ òðàíçèñòîðà VÒ3, ÷òî èñïîëüçîâàëèñü â ïåðâîé ãëàâå, òî òîê ÃÑÒ1 ïðè áóäåò íè÷òîæíî ìàëì (ïîðÿäêà 0.03 ìÀ) è òðàíçèñòîð VÒ5 îêàæåòñÿ â ðåæèìå íàñùåíèÿ äàæå â óñëîâèÿõ ïîêîÿ.

Ì óæå îòìå÷àëè, ÷òî çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ bÝ, c, m ñëàáî çàâèñÿò îò òåõíîëîãèè ïðîèçâîäñòâà è òîïîëîãèè ñòðóêòóðíõ ýëåìåíòîâ òðàíçèñòîðà. Çíà÷åíèå æå ïàðàìåòðà I00 îïðåäåëÿåòñÿ ïëîùàäüþ ýìèòòåðíîãî ïåðåõîäà è ðàçðàáîò÷èê ìîæåò ëåãêî óïðàâëÿòü ýòèì çíà÷åíèåì.

Îñíîââàÿñü íà ýòîì, äëÿ ïàðàìåòðîâ bÝ , c è m , òðàíçèñòîðà VT3 îñòàâèì èõ ïðåæíèå çíà÷åíèÿ (bÝ31.56 Â-1, c0.619 Â-2 , m0.329 Â-1), à òðåáóåìîå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà I00 ýòîãî òðàíçèñòîðà îïðåäåëèì íà îñíîâå çàäàííõ íîìèíàëîâ ðåçèñòîðîâ òðàíñôîðìàòîðà òîêà, ïîëîãàÿ ÷òî âïîëíÿåòñÿ óñëîâèå èäåàëüíîñòè 0.531 Â.

Îïîðíîå íàïðÿæåíèå ðàâíî

Ñëåäîâàòåëüíî, ïîëó÷àåì

(2.34)

Êðîìå òîãî, ïîëó÷èì

(2.35)

è

, (2.36)

 

èç (2.35) ïîëó÷èì IÝ61.464 ìÀ, èç (2.34) IÝ30.4276 ìÀ, ñëåäîâàòåëüíî 2.25410-8 ìÀ. Ïàðàìåòð òðàíçèñòîðà VT3 ïðåâøàåò çíà÷åíèå ïàðàìåòðà I00 äðóãèõ òðàíçèñòîðîâ ìèêðîñõåì â 13.1 ðàçà. Áðàòü äðóãèå òðàíçèñòîð èäåíòè÷íìè òðàíçèñòîðó VÒ3 íå ñëåäóåò. Óâåëè÷åíèå ïàðàìåòðà I00 îçíà÷àåò óâåëè÷åíèå òîêà òðàíçèñòîðà ïðè òåõ æå íàïðÿæåíèÿõ íà ýëåêòðîäàõ, à ýòî, ïðè çàäàííõ ñîïðîòèâëåíèÿõ ðåçèñòîðîâ â öåïÿõ êîëëåêòîðîâ, îáóñëàâëèâàåò ñóùåñòâåííîå ñíèæåíèå äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà óñèëèòåëÿ.

Òîê ïåðâîãî ÃÑÒ ñîñòàâèò

(2.37)

Îïîðíîå íàïðÿæåíèå

4.6785 Â. (2.38)

 

2.2.2. Ðåæèì ïîêîÿ äèôêàñêàäîâ

 

 ðåæèìå ïîêîÿ (UÁ1UÁ20) òîê ýìèòòåðîâ VT1 è VT2 îäèíàêîâ è ðàâåí 0.5IÃ1 . Ñëåäîâàòåëüíî, ïîòåíöèàë êîëëåêòîðîâ òðàíçèñòîðîâ òàêæå îäèíàêîâ è ðàâí

(2.39)

Íàïðÿæåíèÿ áàçà-ýìèòòåð îïðåäåëÿþòñÿ èç óðàâíåíèÿ òîêà ýìèòòåðà

. (2.40)

Ðàñ÷åò ïàðàìåòðîâ ðåæèìà ïîêîÿ âòîðîãî äèôêàñêàäà ñëîæíåå, ïîñêîëüêó çäåñü îòñóòñòâóåò ÃÑÒ è ñóììà òîêîâ ýìèòòåðîâ òàêæå ïîäëåæèò îïðåäåëåíèþ. Äàëåå ì ðàññìîòðèì ìåòîäèêó ðàñ÷åòà, ïîëàãàÿ çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé R5 è R8 çàäàííìè. Çàòåì îáñóäèì âîïðîñ î ôàêòîðàõ, îïðåäåëÿþùèõ âáîð ýòèõ çíà÷åíèé.

Ïîòåíöèàë ýìèòòåðîâ äèôôåðåíöèàëüíîé ïàð VT4 è VÒ5 ðàâåí

Ïîòåíöèàë áàç òðàíçèñòîðîâ VT4 è VT5 â ïîêîå ðàâí

Ïîëó÷èì òàêæå ñëåäóþùèå íàïðÿæåíèå:

,

,

 öåëÿõ ñîêðàùåíèÿ äàëüíåéøèõ çàïèñåé ââåäåì îáîçíà÷åíèÿ

(2.41)

Òîêè ýìèòòåðîâ VT4 è VT5 â ïîêîå ïðåäñòàâÿòñÿ òîãäà âðàæåíèÿìè

(2.42)

. (2.43)

Èç óðàâíåíèÿ (2.42) ñëåäóåò

(2.44)

Êàê âèäèì, ñóììà òîêîâ ýìèòòåðîâ ëèøü íåçíà÷èòåëüíî ïðåâøàåò âåëè÷èíó , ïîñêîëüêó ïî ìîäóëþ ñóùåñòâåííî ìåíüøå åäèíèö.

Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïðè âîçìîæíîì èçìåíåíèè òîêà IÝ4 , îáóñëîâëåííîì èçìåíåíèåì âõîäíõ íàïðÿæåíèé íà òðàíçèñòîðàõ VÒ4 è VÒ5,ñóììà òîêîâ ýòèõ òðàíçèñòîðîâ áóäåò èçìåíÿòüñÿ íåçíà÷èòåëüíî. Äðóãèìè ñëîâàìè, âíîñÿ ñèëüíóþ îòðèöàòåëüíóþ îáðàòíóþ ñâÿçü, ðåçèñòîð R5 èãðàåò êàê á ðîëü ÃÑÒ, ïèòàþùåãî ýòó ïàðó òðàíçèñòîðîâ.

Çíà÷åíèå ñóìì òîêîâ ýìèòòåðîâ VÒ4 è VÒ5, îïðåäåëÿåòñÿ óðàâíåíèåì (2.45)

(2.45)

Ïðèáëèæåííîå ðåøåíèå ýòîãî óðàâíåíèÿ ìîæåò áòü ïîëó÷åíî èç óðàâíåíèÿ (2.44), åñëè ó÷åñòü òî îáñòîÿòåëüñòâî, ÷òî òîê IÝ4 â ðåæèìå ïîêîÿ ïðèìåðíî ðàâåí ïîëîâèíå G, ò.å. .  òàêîì ñëó÷àå èìååì

(2.46)

Èòåðàöèîííàÿ ôîð-ìóëà äëÿ îïðåäåëåíèÿ áîëåå òî÷íîãî çíà÷åíèÿ êîðíÿ (2.45) ìîæåò áòü ïîëó÷åíà íà ñëåäóþùåé îñíîâå.

Êîðåíü óðàâíåíèÿ (2.45) - ýòî çíà÷åíèå àáñöèññ òî÷êè ïåðå-ñå÷åíèÿ ïðÿìîé yG è êðèâîé yf(G), ãäå f(G) - ïðàâàÿ ÷àñòü óðàâíåíèÿ (2.45). Íà ðèñ.2.5 ýòî òî÷êà A* ñ àáñöèññîé G*.

Ðèñ.2.5. Ïîÿñíåíèå ê óðàâíåíèþ (2.45).

Ðåøåíèþ GGi â êàêîì-òî i-îì ïðèáëèæåíèè ñîîòâåòñòâóåò òî÷êà Ai . Ïðîâåäåì ÷åðåç ýòó òî÷êó êàñàòåëüíóþ ê êðèâîé yf(G).

Òàê êàê êðóòèçíà yf(G) ôóíêöèè î÷åíü âåëèêà, òî âå-ëè÷èíà Gi+1Gi+DGi, ãäå , áóäåò îòëè÷àòüñÿ îò G* ñóùåñòâåííî ìåíüøå ïî ñðàâíåíèþ ñ îòëè÷èåì âåëè÷èí Gi îò G*. Ïðîäåëàâ â òî÷êå Ai+1 òàêèå æå ïîñòðîåíèÿ, îïðåäåëèì Gi+2 ,êîòîðîå áóäåò îòëè÷àòüñÿ îò G* åùå ìåíüøå. Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü çíà÷åíèé Gi ,Gi+1, Gi+2 è ò.ä. î÷åíü áñòðî ñõîäèòñÿ ê çíà÷åíèþ G*.

Âïîëíèâ äèôôåðåíöèðîâàíèå ïðàâîé ÷àñòè (2.45) è ïîäñòàâèâ çíà÷åíèå tga â âðàæåíèå äëÿ DGi , ïîëó÷èì èòåðàöèîííóþ ôîðìóëó â îêîí÷àòåëüíîì âèäå.

(2.47)

ãäå , ò.å. çíà÷åíèå òîêà IÝ5 â i-òîì ïðèáëèæåíèè.

Îïðåäåëèâ çíà÷åíèÿ G, UÝ5, IÝ5 , íàéäåì äàëåå ãëàâíóþ äëÿ íàñ âåëè÷èíó - âõîäíîå íàïðÿæåíèå âòîðîãî êàñêàäà

 

UÊ5 EÏ-R8IÝ5.

 

Îáñóäèì òåïåðü âîïðîñ î êðèòåðèÿõ âáîðà çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ R5, êîòîðì îïðåäåëÿåòñÿ, â îñíîâíîì, çíà÷åíèå G.

Ãëàâíàÿ îñîáåííîñòü è äîñòîèíñòâî äèôêàñêàäà - ýòî ñïîñîáíîñòü ïåðåêëþ÷àòü òîê G â îäíî èç ïëå÷. Òðàíçèñòîð ñîîòâåòñòâóþùåãî ïëå÷à äîëæåí îñòàâàòüñÿ ïðè ýòîì â îòêðòîì ðåæèìå. Òðàíçèñòîðó VÒ4 ïåðåõîä â ðåæèì íàñùåíèÿ íå ãðîçèò ïðè ëþáîì çíà÷åíèè G , òàê êàê â öåïè êîëëåêòîðà ýòîãî òðàíçèñòîðà îòñóòñòâóåò ðåçèñòîð. Òðàíçèñòîð æå VT5 áóäåò îñòàâàòüñÿ â àêòèâíîì ðåæèìå òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè óäîâëåòâîðÿåò íåðàâåíñòâó

, ò.å.

ïðè R8 5 êÎì.

Ïðèíÿâ G1.245 ìÀ, èç ôîðìóë (2.46) ïîëó÷èì Â146.740 ìÀ-1. Íî òîãäà, íà îñíîâàíèè (2.41), R54.14 êÎì. Ïðè ýòîì íà ñõåìå óêàçàíî çíà÷åíèå R53.6 êÎì. Áëèçêîå ñîâïàäåíèå ðàñ÷åòíîãî è óêàçàííîãî íà ñõåìå çíà÷åíèé R5 ñâèäåòåëüñòâóåò î íåïëîõîì ñîîòâåòñòâèè ïðèíÿòõ íàìè çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ òðàíçèñòîðîâ çíà÷åíèÿì ïàðàìåòðîâ òðàíçèñòîðîâ ðåàëüíîé ìèêðîñõåì.  ýòîì æå ì óáåæäàëèñü è íà ïðèìåðå ìèêðîñõåì Ê123ÓÍ.

Íàøà çàäà÷à, îäíàêî, çàêëþ÷àåòñÿ â ïðîâåäåíèè ðàñ÷åòîâ íà îñíîâå ïðèíÿòõ çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ òðàíçèñòîðîâ è â ïîëíîì ñîîòâåòñòâèè ñ òðåáîâàíèÿìè îïòèìàëüíîñòè ðåæèìà ðàáîò ñõåì. Ïîýòîìó â äàëüíåéøåì áóäåì ñ÷èòàòü R85 êÎì è R5 4.2 êÎì.

 òàêîì ñëó÷àå ïàðàìåòð (2.41) â ðåæèìå ïîêîÿ áóäóò èìåòü ñëåäóþùèå çíà÷åíèÿ

À 182.2183,

 148.74095 ìÀ-1,

Ñ 16.222435 ìÀ-1, (2.48)

Ä 12.999 ìÀ-2 .

Ðåøèâ óðàâíåíèå (2.45), ïîëó÷èì

(2.49)

Êðóòèçíà õàðàêòåðèñòèêè Yf(G) â äèàïàçîíå DGi î÷åíü âåëèêà, ïîýòîìó â ýòîì äèàïàçîíå çíà÷åíèå G äîëæíî â÷èñëÿòüñÿ ñ òî÷íîñòüþ, ïî êðàéíåé ìåðå, äî ïÿòîãî çíàêà ïîñëå çàïÿòîé, ÷òîá óðàâíåíèå (2.45) óäîâëåòâîðÿëîñü ñ òî÷íîñòüþ ïîðÿäêà 0.1 %.

Íà îñíîâàíèè (2.49) ïîòåíöèàë êîëëåêòîðà VÒ5 è áàç VT7 â ðåæèìå ïîêîÿ ðàâí

 

(2.50)

 

2.2.3. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïåðâîãî êàñêàäà

 

Îáùàÿ ñõåìà ðàñ÷åòîâ îñòàåòñÿ òàêîé æå, êàê â ïàðàãðàôå 1.5. Îòëè÷èåì áóäåò ÿâëÿòüñÿ ëèøü òî, ÷òî òîê, ïðîòåêàþùèé â ðåçèñòîðàõ R1 è R3 , áóäåì ñ÷èòàòü ðàâíì òîêó ýìèòòåðà ñîîòâåòñòâóþùåãî òðàíçèñòîðà, ò.å. ïðåíåáðåæåì âåëè÷èíîé ðàçíîñòè òîêîâ áàç òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT5 (VT2 è VT4). Áàçó òðàíçèñòîðîâ VÒ2 (òî÷êà 9) áóäåì ñ÷èòàòü çàìêíóòîé íà îáùóþ øèíó.

 òàêîì ñëó÷àå, íà îñíîâå îáùåãî óðàâíåíèÿ äëÿ òîêà IÝ2I Ã1-IÝ1 ïîëó÷èì

(2.51)

ãäå

(2.52)

 

Òàê êàê IÃ10.4236 ìÀ, òî - ñîîòâåòñòâåííî ïîëó÷èì

 

À1 21.3835 ; Â133.8225. (2.53)

 

Òî÷íî òàê æå, íà îñíîâå óðàâíåíèÿ äëÿ òîêà IÝ1 , ìîæíî ïðèéòè ê óðàâíåíèþ, îïðåäåëÿþùåìó çíà÷åíèå ïîòåíöèàëà áàç VÒ1 (âõîäíîå íàïðÿæåíèå) UÁ1 ïðè çàäàííîì çíà÷åíèè òîêà IÝ1.

(2.54)

 

ãäå

 

 

Ïîòåíöèàë êîëëåêòîðîâ ïðè çàäàííîì çíà÷åíèè IÝ1 îïðåäåëÿþòñÿ èç ñîîòíîøåíèé

(2.55)

Ðåçóëüòàò ðàñ÷åòîâ ïî ýòèì ôîðìóëàì ïðèâåäåí â òàáëèöå 2.1.  èíòåðâàëå çíà÷åíèé âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ 015 ì ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðàêòè÷åñêè ëèíåéíà è êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ ÊU1 ðàâåí 34.7.

 

Òàáëèöà 2.1

Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïåðâîãî êàñêàäà

IÝ1/IÃ1

IÝ1,ìA

UÝ, Â

UÁ1, Â

UÊ1, Â

UÊ2, Â

0.10

0.04236

-0.60316

-6.48910-2

7.467

4.079

0.20

0.08472

-0.59918

-4.15710-2

7.044

4.502

0.40

0.16944

-0.58992

-1.23310-2

6.197

5.349

0.45

0.19062

-0.58721

-6.10710-3

5.985

5.561

0.50

0.21180

-0.58429

0.000

5.773

5.773

0.55

0.23298

-0.58111

6.10910-3

5.561

5.985

0.60

0.25416

-0.57760

1.23310-3

5.349

6.197

0.80

0.33888

-0.55762

4.16210-2

4.502

7.044

0.90

0.38124

-0.53828

6.49710-2

4.079

7.467

 

2.2.4. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà âòîðîãî êàñêàäà

 

Òîêè ýìèòòåðîâ òðàíçèñòîðîâ VT4 è VT5 â ðàáî÷åì ðåæèìå îïðåäåëÿþòñÿ ñèñòåìîé óðàâíåíèé, àíàëîãè÷íîé ñèñòåìå (2.42) - (2.45)

(2.42)

(2.43)

(2.45)

â êîòîðîé

(2.41)

Èòåðàöèîííàÿ ôîðìóëà (2.47) ïðèíèìàåò âèä

(2.47)

â êîòîðîé

Ïîðÿäîê ðàñ÷åòà ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè ñëåäóþùèé.  èíòåðâàëå îò UÊ1min äî UÊ1max çàäàåòñÿ ðÿä ðàâíî-îòñòàþùèõ çíà÷åíèé UÊ1 è ñîîòâåòñòâóþùèõ èì çíà÷åíèé UÊ2 . Äëÿ êàæäîé òàêîé ïàð îïðåäåëÿþòñÿ çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ (2.41') è ðåøàåòñÿ óðàâíåíèå (2.45'). Ïî íàéäåííì çíà÷åíèÿì IÝ5 â÷èñëÿþòñÿ çíà÷åíèÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ UÊ5 .

Ãðàíèö èíòåðâàëà UÊ1min è UÊ1max îïðåäåëÿþòñÿ íà îñíîâå äàííõ î òàêîì çíà÷åíèè äèôôåðåíöèàëüíîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ïðè êîòîðîì ïðàêòè÷åñêè ïðîèñõîäèò ïåðåêëþ÷åíèå òîêà â ïëå÷àõ äèôêàñêàäà. Ïðè ýòîì òîê â îäíîì èç ïëå÷ äèôêàñêàäà ñòàíîâèòñÿ ðàâíì 0.9G èëè 0.1G ïðè çíà÷åíèÿõ äèôôåðåíöèàëüíîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ 65 ìÂ, ñîîòâåòñòâåííî. Ïîñêîëüêó äèôôåðåíöèàëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå âòîðîãî êàñêàäà èìååò âèä ðàçíîñòè

,

òî ãðàíè÷íå çíà÷åíèÿ UÊ1.ÃÐ, ñîîòâåòñòâóþùèå ïåðåêëþ÷åíèþ òîêà â ýòîì äèôêàñêàäå, îïðåäåëÿåòñÿ ðàâåíñòâîì

Îòñþäà ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî .

 êà÷åñòâå ïðèìåðà ïðîèçâåäåì ðàñ÷åò äëÿ çíà÷åíèÿ UÊ1 âáëèçè îäíîé èç ãðàíèö, à èìåííî Â. Ïðè ýòîì UÊ 25.741 Â, ïàðàìåòð (2.41') èìåþò ñëåäóþùèå çíà÷åíèÿ

À4 181.18823,

Â4 148.82415,

À5 183.24711,

Â5 148.65776,

Ñ5 16.321475,

Ä 12.999.

 

Çíà÷åíèå ñóìì òîêîâ G â íóëåâîì ïðèáëèæåíèè âîçüìåì ðàâíì G01.231 ìÀ, ÷òî ñëåäóåò èç óðàâíåíèÿ (2.42'), åñëè IÝ4 ïðèíÿòü ðàâíì 0.1G . Òîãäà, íà îñíîâàíèè (2.47') âî âòîðîì ïðèáëèæåíèè ïîëó÷èì G21.229802 ìÀ è óðàâíåíèå (2.56') óäîâëåòâîðÿòñÿ ñ òî÷íîñòüþ 410-6 ìÀ. Òîêè â ïëå÷àõ

 

ðàâí

IÝ40.1593583 ìÀ.

IÝ5 1.0704402 ìÀ,

Âõîäíîå íàïðÿæåíèå ñîñòàâëÿåò UÊ56.647799 Â.

 òàáëèöå 2.2. äàí ðàññ÷èòàííå òàêèì æå ïóòåì çíà÷åíèÿ ïîòåíöèàëà êîëëåêòîðà VÒ5 (òðåòèé ñòîëáåö) â èõ çàâèñèìîñòè îò âáðàííõ çíà÷åíèé UÊ1 (âòîðîé ñòîëáåö).

Òàáëèöà 2.2

Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà äâóõêàñêàäíîãî

äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ

UÁ1, ìÂ

UÊ1, Â

UÊ5, Â

DUÊ5, Â

0.9219

5.741

11.5576

2.3997

0.5762

5.753

10.8369

1.6786

0.4322

5.758

10.4890

1.3312

0.2881

5.763

10.0851

0.9271

0.1440

5.768

9.6356

0.4776

0.0000

5.773

9.1579

0.0000

-0.14400

5.778

8.6728

0.4851

-0.2881

5.783

8.2011

0.9568

-0.4322

5.788

7.7615

1.3964

-0.5762

5.793

7.3680

1.7900

-0.9219

5.805

6.6478

2.5101

Îáðàòèâøèñü ê òàáëèöå 2.1 , çàìåòèì ÷òî âñå çíà÷åíèÿ UÊ1 òàáëèö 2.2 ëåæàò â ïðåäåëàõ îò 5.741  äî 5.05 Â, ïðè ýòîì ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïåðâîãî êàñêàäà ëèíåéíà è êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è íàïðÿæåíèÿ ðàâåí 34.71. Ïîýòîìó ëåãêî ïåðåéòè îò çíà÷åíèé UÊ1 ê çíà÷åíèÿì âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ UÁ1 (ïåðâé ñòîëáåö òàáëèö 2.2) è ïîëó÷èòü ïåðåäàòî÷íóþ õàðàêòåðèñòèêó äâóõêàñêàäíîãî äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ. Ãðàôèê ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè äàí íà ðèñ.2.6. Ïî îñè àáñöèññ çäåñü îòëîæåí çíà÷åíèÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ UÁ1, à ïî îñè îðäèíàò - çíà÷åíèÿ ðàçíîñòè . Ïðè ýòîì, äëÿ ëó÷øåãî ñðàâíåíèÿ, çíà÷åíèÿ DUÊ5 ,ñîîòâåòñòâóþùèå ïîëîæèòåëüíì âõîäíì íàïðÿæåíèÿì (êðèâàÿ 1), è çíà÷åíèÿ DUÊ5 ïðè îòðèöàòåëüíõ âõîäíõ íàïðÿæåíèÿõ (êðèâàÿ 2) îòëîæåí â îäíîì è òîì æå êâàäðàíòå êîîðäèíàòíîé ñèñòåì.

Ðèñ. 2.6. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà äâóõ-êàñêàäíîãî äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ.

 

Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ðàññìàòðèâàåìîãî äâóõêàñêàäíîãî óñèëèòåëÿ íå òîëüêî íåëèíåéíà, ÷òî ñâîéñòâåííî âîîáùå äèôôåðåíöèàëüíì óñèëèòåëÿì, íî è íåñèììåòðè÷íà îòíîñèòåëüíî ðåæèìà ïîêîÿ, ÷òî ñïåöèôè÷íî äëÿ çàäàííîé êîíêðåòíîé ñõåì. Îáóñëîâëåíà ýòà íåñèììåòðè÷íîñòü íè÷åì íå îïðàâäàííîé àññèìåòðèåé âòîðîé äèôôåðåíöèàëüíîé ïàð (îòñóòñòâèåì ðåçèñòîðà â öåïè êîëëåêòîðà òðàíçèñòîðà VÒ4).

Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ äâóõ êàñêàäîâ â ðåæèìå ìàëîãî ñèãíàëà ðàâåí 3340.

2.2.5. Ðåæèì ïîêîÿ è ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà âõîäíîãî êàñêàäà

 

Ñõåìà âõîäíîãî êàñêàäà ïðèâåäåíà íà ðèñ.2.7. Íà ïåðâé âçãëÿä ýòî óñòðîéñòâî ñäâèãà óðîâíÿ (òðàíçèñòîð VT8 è VT7) è ýìèòòåðíé ïîâòîðèòåëü (òðàíçèñòîð VT9). Îäíàêî, íàëè÷èå îáùåãî ðåçèñòîðà R12 â öåïÿõ ýìèòòåðîâ VT8 è VT9 ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó èçìåíåíèþ ðåæèìà ðàáîò òðàíçèñòîðà VT8, ïèòàþùåãî óñòðîéñòâà ñäâèãà óðîâíÿ. Èìååò ìåñòî ïîëîæèòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü ïî íàïðÿæåíèþ ìåæäó âõîäîì è âõîäîì ýìèòòåðíîãî ïîâòîðèòåëÿ, ñóùåñòâåííî êîððåêòèðóþùàÿ ïåðåäàòî÷íóþ õàðàêòåðèñòèêó äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ.

Ðèñ.2.7.Ñõåìà âõîäíîãî êàñêàäà.

Äåéñòâèòåëüíî, åñëè á öåïè ýìèòòåðîâ VT8 è VT9 áëè ðàçâÿçàí, òî VT8 èñïîëíÿë á ïðè ýòîì ðîëü ÃÑÒ è íå áîëåå. Åñëè åùå ýòîò ÃÑÒ áë á èäåàëüíì,òî êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé íàïðÿæåíèÿ óñòðîéñòâîì ñäâèãà óðîâíÿ áë á ðàâåí åäèíèöå è íà âõîäå VÒ9 (ýìèòòåðíîãî ïîâòîðèòåëÿ) ì èìåëè á òî æå íàïðÿæåíèå, ÷òî è íà âõîäå äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà âñåé ìèêðîñõåì áëà á òîæäåñòâåííà õàðàêòåðèñòèêå, äàííîé íà ðèñ.2.6. Íî ðåàëüíé ÃÑÒ íå èäåàëåí, åãî äèôôåðåíöèàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå íå áåñêîíå÷íî âåëèêî è òîê ÃÑÒ çàâèñèò îò çíà÷åíèÿ UÊ8 , âîçðàñòàÿ ñ âîçðàñòàíèåì ïîñëåäíåãî. Ïîñìîòðèì, ê ÷åìó ýòî ïðèâîäèò. Äîïóñòèì, ÷òî íàïðÿæåíèå UÊ5 íà âõîäå óñòðîéñòâà ñäâèãà óðîâíÿ âîçðîñëî íà íåêîòîðóþ âåëè÷èíó . Ýòî âçîâåò âîçðàñòàíèå çíà÷åíèÿ UÊ8 à, çíà÷èò, è òîêà IÝ8. Íî òîê IÝ8IÝ7 , òàê ÷òî ïðîèçîéäåò óâåëè÷åíèå ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå R9 è â ðåçóëüòàòå èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ UÊ8 áóäåò ìåíüøå èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ UÊ5 . Êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è óñòðîéñòâà ñäâèãà óðîâíÿ ïî ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé íàïðÿæåíèÿ áóäåò ìåíüøå åäèíèö, ïðè÷åì, òåì ìåíüøå, ÷åì áîëüøå àìïëèòóäà ýòîé ñîñòàâëÿþùåé. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà óñòðîéñòâà ñäâèãà óðîâíÿ îêàçâàåòñÿ íåëèíåéíîé è óñóãóáëÿåò íåëèíåéíîñòü ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè äèôêàñêàäîâ. Íåîáõîäèìî íàéòè ñïîñîá ñòàáèëèçàöèè òîêà IÝ8 èëè, åùå ëó÷øå, ñïîñîá óìåíüøåíèÿ òîêà IÝ8 ñ ðîñòîì UÊ8. Òîãäà êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé íàïðÿæåíèÿ óñòðîéñòâîì ñäâèãà óðîâíÿ ñòàíåò áîëüøå åäèíèö è áóäåò âîçðàñòàòü ñ ðîñòîì àìïëèòóä ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé. Íåëèíåéíîñòü ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè äèôêàñêàäà áóäåò îïðåäåëåííì îáðàçîì ñêîððåêòèðîâàíà.

Èñêîìì ñïîñîáîì âëèÿíèÿ íà òîê IÝ8 ÿâëÿåòñÿ ââåäåíèå îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè ïî òîêó ìåæäó òðàíçèñòîðàìè VT9 è VT8 ñ ïîìîùüþ ðåçèñòîðà R12. Óâåëè÷åíèå ïîòåíöèàëà UÊ8 ïðèâåäåò ê âîçðàñòàíèþ òîêà IÝ9 è ñîîòâåòñòâóþùåìó âîçðàñòàíèþ ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà R12. Íî âîçðàñòàíèå íàïðÿæåíèÿ íà R12 îáóñëîâèò ðàâíîå âîçðàñòàíèå ïîòåíöèàëà ýìèòòåðà VT8 è ñîîòâåòñòâóþùåå óìåíüøåíèå íàïðÿæåíèÿ UÁÝ8 , òàê êàê ïîòåíöèàë áàç VT8 -UÁ8 çàäàåòñÿ îïîðíì íàïðÿæåíèåì U** è ïîñòîÿíåí. Óìåíüøåíèå UÁÝ8 îáóñëîâèò óìåíüøåíèå òîêà IÝ8.  êîíå÷íîì èòîãå ìîæíî ïîëó÷èòü íåîáõîäèìîå óìåíüøåíèå òîêà IÝ8 ñ ðîñòîì UÊ8.

Òàêîâ çàìñåë ñõåì. Ïåðåéäåì ê åå êîëè÷åñòâåííîìó ðàñ÷åòó.

 ñîîòâåòñòâèè ñ çàêîíîì Êèðõãîôà íàïðÿæåíèÿ íà ýëåêòðîäàõ òðàíçèñòîðîâ VT8 è VT9 ðàâí

(2.56)

 ýòèõ âðàæåíèÿõ

. (2.57)

 ñîîòâåòñòâèè ñ óðàâíåíèåì (1.2) è ñèñòåìîé (2.56) òîêè ýìèòòåðîâ ïðåäñòàâÿòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì

 

(2.58)

 

ãäå, â îáùåì ñëó÷àå,

(2.59)

Îïðåäåëèì çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ðåæèìà ïîêîÿ.  ðåæèìå ïîêîÿ ïîòåíöèàë UÝ9 äîëæåí ðàâíÿåòñÿ íóëþ. Ñëåäîâàòåëüíî (ñì.2.56), â ðåæèìå ïîêîÿ òîêè ýìèòòåðîâ ñâÿçàí ñîîòíîøåíèåì

 

(2.60)

 

Òîãäà, íà îñíîâàíèè (2.58) è (2.60), ïîëó÷èì

(2.61)

(2.62)

Ïîñëåäíèå òðè óðàâíåíèÿ ïîçâîëÿþò îïðåäåëèòü çíà÷åíèÿ òðåõ íåèçâåñòíõ - , è , ïðè ýòîì ìåòîä ðåøåíèÿ ìîæåò áòü ñëåäóþùèì.

Óðàâíåíèå (2.62) ïåðåïèøåì â âèäå

(2.62')

Óðàâíåíèå (2.61) òîæäåñòâåííî óðàâíåíèþ

(2.61')

Èç óðàâíåíèÿ (2.60) ñëåäóåò, ÷òî 3.614 ìÀ ïðè óêàçàííõ íà ñõåìå íîìèíàëàõ ðåçèñòîðîâ. Âîçüìåì â êà÷åñòâå íóëåâîãî ïðèáëèæåíèÿ çíà÷åíèå 3.514 ìÀ. Òîãäà, íà îñíîâàíèè (2.60), íóëåâì ïðèáëèæåíèåì âåëè÷èí áóäåò çíà÷åíèå 0.5653 ìÀ. Ïîäñòàâèâ íóëåâîå ïðèáëèæåíèå â (2.62'), íàéäåì 0.65237 Â.

Ìåòîä îïðåäåëåíèÿ êîðíÿ óðàâíåíèé âèäà (2.61') â (i+1)-ì ïðèáëèæåíèè ïî èçâåñòíîìó çíà÷åíèþ êîðíÿ â i-ì ïðèáëèæåíèè çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì.

Óðàâíåíèå èìååò âèä

lnIÝ81IÝ8Ì2.

Ïðèáëèæåíèå (i+1)-ãî ïîðÿäêà áåðåòñÿ â âèäå I(i+1)I(i)(1+Xi), ãäå Xi- èñêîìàÿ îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü i- ãî ïðèáëèæåíèÿ. Ïîäñòàâëÿÿ I(i+1) â óðàâíåíèå, ïîëó÷èì

.

Òàê êàê Xi<<1, òî ln(1+Xi)Xi è åãî çíà÷åíèå îïðåäåëÿåòñÿ óðàâíåíèåì

(2.63)

 êîíêðåòíîì ñëó÷àå èìååì . Ñëåäîâàòåëüíî è.

Îïðåäåëèâ çíà÷åíèå â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè, äàëåå íàõîäèì çíà÷åíèå â òîì æå ïðèáëèæåíèè ñ ïîìîùüþ óðàâíåíèÿ (2.60), à òàêæå çíà÷åíèå ñ ïîìîùüþ óðàâíåíèÿ (2.62').  êîíêðåòíîì ñëó÷àå â÷èñëÿåì 3.506749 ìÀ, 0.652317 Â.

Òåì æå ïóòåì íàõîäÿòñÿ çíà÷åíèÿ óêàçàííõ âåëè÷èí âî âòîðîì ïðèáëèæåíèè. Èòåðàöèÿ çàêàí÷èâàåòñÿ, êîãäà â î÷åðåäíîì öèêëå îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü Xi ïðèíèìàåò çíà÷åíèå ïîðÿäêà 10-4 èëè ìåíüøå. Îá÷íî ýòî äîñòèãàåòñÿ óæå âî âòîðîì ïðèáëèæåíèè.

 ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå îêîí÷àòåëüíå ðåçóëüòàò - ñëåäóþùèå

3.50651 ìÀ ,

0.60744 ìÀ ,

0.652315 Â.

Òðåáóåìîå çíà÷åíèå îáåñïå÷èâàåòñÿ ñ ïîìîùüþ ðåçèñòîðà R9. Îïðåäåëèì åãî ñîïðîòèâëåíèå.

Íà îñíîâàíèè óðàâíåíèÿ òîêà ýìèòòåðà VÒ7, äëÿ çíà÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ áàçà - ýìèòòåð, ïîëó÷èì

(2.64)

Òàê , ïðè çàäàííõ

, ïîëó÷àåì 0.6201 Â.

Çíà÷åíèå ñîïðîòèâëåíèÿ R9 îïðåäåëèì èç î÷åâèäíîãî ðàâåíñòâà

,

R9 12.43 êÎì .

Ïåðåéäåì ê ðàñ÷åòó ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè âõîäíîãî êàñêàäà. Îãðàíè÷èìñÿ ñëó÷àåì õîëîñòîãî õîäà óñèëèòåëÿ (Rí¥, r1), õîòÿ ó÷åò çàäàííîé íàãðóçêè íå ïðåäñòàâëÿåò êàêèõ-ëèáî äîïîëíèòåëíõ òðóäíîñòåé.

Îöåíèì, ïðåæäå âñåãî, øèðèíó äèàïàçîíà äîïóñòèìõ èçìåíåíèé çíà÷åíèé UÊ8 . Ïîòåíöèàë áàç VT8 ïîñòîÿíåí è ðàâåí UÁ8Ï+U**-7.3215  . Ñëåäîâàòåëüíî, ÷òîá òðàíçèñòîð VT8 îñòàâàëñÿ â àêòèâíîì ðåæèìå, ïîòåíöèàë åãî êîëëåêòîðà UÊ8 íå äîëæåí ïàäàòü íèæå -7Â. Äèàïàçîí èçìåíåíèÿ UÊ8 ,òàêèì îáðàçîì, ñîñòàâëÿåò UÊ8 Â. Âáåðåì â ýòîì äèàïàçîíå ðÿä çíà÷åíèé UÊ8 , ðàâíîîòñòîÿùèõ êàê äðóã îò äðóãà, òàê è îò çíà÷åíèÿ . Äëÿ êàæäîãî èç âáðàííõ çíà÷åíèé UÊ8 îïðåäåëèì ñîîòâåòñòâóþùèå èì çíà÷åíèÿ IÝ8 è IÝ9. Ýòî ïîçâîëèò äàëåå îïðåäåëèòü îäíîçíà÷íî ñîîòâåòñòâóþùèå äðóã äðóãó çíà÷åíèÿ UÝ9 è UÁ7UÊ5 ,ò.å. ïîñòðîèòü ïåðåäàòî÷íóþ õàðàêòåðèñòèêó âõîäíîãî êàñêàäà.

Ðàññìîòðèì â êà÷åñòâå ïðèìåðà ïåðâóþ ðàñ÷åòíóþ òî÷êó, îòñòîÿùóþ îò çíà÷åíèÿ íà 1 Â, ò.å. âîçüìåì UÊ81.6523 Â. Â÷èñëèì çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ (2.59) äëÿ ýòîé òî÷êè

À1150.50813,

À2122.10763,

À321.89772,

Â1494.72726,

Â222.39948,

Â3126.04455.

Òîêè ýìèòòåðîâ îïèñâàþòñÿ óðàâíåíèÿìè (2.58).

Äëÿ óìåíüøåíèÿ ÷èñëà èòåðàöèè ïðè ðåøåíèè ýòîé ñèñòåì òðàíñöåíäåíòíõ óðàâíåíèé æåëàòåëüíî íàéòè ñïîñîá íàèëó÷øåãî îïðåäåëåíèÿ íóëåâîãî ïðèáëèæåíèÿ. Ýòîò ñïîñîá íàïðàøèâàåòñÿ èç ñëåäóþùèõ ñîîáðàæåíèé. Áëî äîêàçàíî, ÷òî ïðè âîçðàñòàíèè ïîòåíöèàëà UÊ8 òîê IÝ8 áóäåò óìåíüøàòüñÿ, ïðè óìåíüøåíèè UÊ8 òîê IÝ8 áóäåò, ñîîòâåòñòâåííî, âîçðàñòàòü. Îïðåäåëèì ñêîðîñòü èçìåíåíèÿ òîêà IÝ8 ïðè èçìåíåíèè UÊ8 â îêðåñòíîñòè ðåæèìà ïîêîÿ. Ïðîäèôôåðåíöèðîâàâ óðàâíåíèÿ (2.58) ïðèäåì ê ñëåäóþùåìó ñîîòíîøåíèþ

â êîòîðîì

Ïîäñòàâèâ çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ðåæèìà ïîêîÿ, ïîëó÷èì

Êàê âèäèì, óâåëè÷åíèå ïîòåíöèàëà êîëëåêòîðà UÊ8 íà âçâàåò óìåíüøåíèå òîêà ýìèòòåðà ïðèìåðíî íà 0.0543 ìÀ. Çà íóëåâîå ïðèáëèæåíèå çíà÷åíèÿ IÝ8 ïðè íàïðÿæåíèè UÊ81.6523  ðàçóìíî âçÿòü âåëè÷èíó .

Îïðåäåëèì àëãîðèòì ðåøåíèÿ ñèñòåì (2.58). Êàê è ðàíüøå, èñòèííîå çíà÷åíèå IÝ8 ïðåäñòàâèì â âèäå

IÝ8ó(1+X),

ãäå ó - ïðèáëèæåííîå çíà÷åíèå, à X - èñêîìàÿ îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü âçÿòîãî ïðèáëèæåíèÿ. Ïåðåïèøåì ïåðâîå óðàâíåíèå ñèñòåì (2.58) â âèäå

Òîãäà âòîðîå óðàâíåíèå ýòîé ñèñòåì ïðåäñòàâèòñÿ â âèäå

Ïðîëîãàðèôìèðîâàâ êàæäîå èç ýòèõ óðàâíåíèé è ïðèðàâíÿâ ïðàâå ÷àñòè, ïîëó÷èì

(2.65)

Äëÿ íóëåâîãî ïðèáëèæåíèÿ y00.553 ìÀ , X01.608×10-4 è çíà÷åíèå IÝ8 â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ðàâíî IÝ85.5308897×10-1ìÀ. Íåòðóäíî óáåäèòüñÿ â òîì, ÷òî îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü ïåðâîãî ïðèáëèæåíèÿ X1 7.83×10-8.

Çíà÷åíèå òîêà ýìèòòåðà IÝ9 ïðè ýòîì ðàâíî 3.816082 ìÀ.

Ïîòåíöèàë ýìèòòåðà UÝ9 (íàïðÿæåíèå íà âõîäå ìèêðîñõåì) áóäåò ðàâåí

 

UÝ9-EÏ+(R11+ R12)IÝ9+R12IÝ8 0.9957 Â.

 

Ïîòåíöèàë ýìèòòåðà ñîñòàâèò

 

8.9063 Â.

 

Ïîòåíöèàë áàç UÁ7UÊ5 (âõîäíîå íàïðÿæåíèå âõîäíîãî êàñêàäà) îïðåäåëÿåòñÿ óðàâíåíèåì

Ðåøàÿ ýòî óðàâíåíèå, ïîëó÷èì UÁ7UÊ59.52448 Â. Òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷åí çíà÷åíèÿ íàïðÿæåíèé íà âõîäå ìèêðîñõåì UÝ9