Дифференциальный усилитель

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4(51) H 03 F 3 45

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AST0PCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3474996/24-09 (22) 15.07.82 (46) 23;01.85. Бюл. Ф 3 (72) А.А.Базин, О.Н.Сипягин и Л.А.Шпарберг (71) Ленинградское научно-производственное объединение "Буревестник" (53) 621.375.024(088.8) (56) 1. Патент США В 3538449, кл. 330-30, 1979 °

2. Wilson G.R. Я, monolithic junction FET N-P-Н operation amplifier.IREE journal FPT solid SSC, v.FC-3, И 4, dec. 19, 1968 (прототип). (54)(57) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИПИТЕЛЬ, содержащий входной каскад, выполнен« ный по дифференциальной схеме на транзисторах, коллекторные цепи которого подключены к выводу первого источника питания, а общая эмиттерная цепь - к выходу генератора тока, вы-полненного на .первом и втором транзисторах, причем база первого транэистора соединена через первый резис тор с.выводом первого источника питания и непосредственно с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с выводом второго источника питания и с эмиттером первого транзистора, а такие прямосмещенный диод, катод которого соединен с выводом второго источника питания, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности, между базой второго транзистора и анодом прямосмещенного диода включен второй резистор, а мепкду базой второго транзистора и выводом второго источника питания введен третий резистор, причем величины сопротивлений второго и

,третьего резисторов выбраны из соот- ношения

Itg

Где 1@1 — ток через третий реэнстор

Х - ток через второй резистор.

1136305

15

30

Изобретение относится к усилительной технике и может быть использовано в .аналоговой и измерительной технике :и приборах для научных исследований.

Известен дифференциальный усилитель, содержащий входной каскад, один вывод которого через токовый повторитель подключен к одному источнику питания, а другой — к коллектору первого транзистора, эмиттер которого че,рез резистор подключен к другому источнику питания, а база соединена с коллектором и базой другого транзистора в диодном включении Р13, Однако этот дифференциальный усилитерь обладает недостаточно высокой стабильностью параметров при изменении напряжения источников питания.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является диф- 20 ференциальный усилитель, содержащий входной каскад, выполненный по дифференциальной схеме на транзисторах, коллекторные цепи которого подключе-. ны. к выводу первого источника пита,ния, а общая эмиттерная цепь — к вы.:ходу генератора тока, выполненного на первом и втором Транзисторах,причем база первого транзистора соедикена через первый резистор с выводом первого источника питания и непосредственно с коллектором второго тран эистора, эмиттер которого соединен с выводом второго источника питания и с эмиттером первого транзистора, а также прямосмещенный диод, катод которого соединен с выводом второго источника 52).

Однако известный дифференциальный усилитель обладает недостаточно высокой стабильностью параметров (напряжение смещения и входной ток) при изменении напряжения источника питания.

Цель изобретения — повышение стабильности.

Поставленная цель достигается тем, тания и непосредственно с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с выводом второго источника питания и с эмиттером первого транзистора, а также прямосмещенный диод, катод которого соединен с выводом второго источника питания, между базой второго транзистора и анодом прямосмещенного диода включен второй резистор, а между базой второго транзистора и выводом второго источника пйтания введен третий резистор, причем величины сопротивлений второго н третьего резисторов выбраны из соотношения я, 2 <Х <14 где I я — ток через третий резистор;

1я - ток через второй резистор.

На чертеже представлена принципи,альная электрическая схема дифференциального усилителя.

Устройство содержит входной каскад

1, первый 2 и второй 3 источники питания, генератор 4 тока, первый 5 и второй 6 транзисторы, прямосмещенный диод 7, первый 8, второй 9 и третий

10 резисторы.

Дифференциальный усилитель работает следуннцим образом.

При протекании тока через второй транзистор 6 его величина определяется величиной сопротивления первого резистора 8.и напряжением источников питания. Напряжение база-эмиттер второго транзистора 6 определяется этим током и вольтамперной характеристикой р-п-перехода, причем этот транзистор должен быть биполярным. При отсутствии второго резистора 9 ток че- рез первый транзистор 5 определяетоя вольтамперной характеристикой прямосмещенного диода 7, а так как вольтамперные характеристики полупроводникового диода и перехода база-эмиттер подобны, то ток входного каскада

1 пропорционален току через второй транзистор 6 ° что в дифференциальном усилителе,. содержащем входной каскад, выполненный по дифференциальной схеме на транзисторах, коллекторные цепи которого подключены K выводу первого .источника питания, а общая эмиттер- ная цепь — к выходу генератора тока, 50 выполненного на первом и втором трай-55 эисторах, причем база первого транвистора соединена через первый резистор с выводо» первого источника пиПри изменении напряжения источников питания .пропорциональнб изменяется ток второго транзистора 6 и в свою очередь пропорционально изменяется ток входного каскада 1, что приводит к изменению входного тока из-за конечности величины В и напряжения смещения иэ-за разброса транзисторов входного каскада 1. Изменение напряжения источника питания на 1ОЖ выэы11363 вает изменение напряжения смещения на 20-257.

Уменьшение зависимости напряжения смещения и входных токов от изменения напряжения источников питания достигается следующим образом. Включение последовательно с рямосмещенным диодом 7 второго резистора 9 увеличивает динамическое сопротивление этой цепи, и, следовательно, измене- 10 ние напряжения база-эмиттер второго транзистора 6 вследствие изменения тока через этот транзистор вызывает значительно меньшее изменение тока входного каскада 1, а следовательно, и напряжения смещения и входного тока.

Однако вследствие разности напряжений на прямосмещенном диоде 7 и переходе база-змиттер второго транзистора 6 напряжение на третьем резисторе 10, а следовательно, и ток входного каскада 1 имеют температурный коэффициент, равный примерно +0»ЗЗХ/ С»что вызывает дополнительный температурный дрейф напряжения смещения и входного тока. Для получения нулевого температурного коэффициента тока входного каскада 1 параллельно цепи из второго резистора 9 и прямосмещенного диода 7 следует подключить элемент, ток через которыи имеет отрицательный температурный коэффициент. Известно, что при средних уровнях инжекции температурный коэффициент напряжения на р-и-переходе равен -(1»8-2,5) мВ/оG, Таким образом, подключая третий резистор 10, ток через который имеет отрицательный температурный коэффициент указанной величины, и выбирая токи через цепь из второ40 го резистора 9 и прямосмещенного диода 7 и через третий резистор 10 обратно пропорциональными температурным коэффициентам этих токов, получаем температурный коэффициент тока

45 входного каскада 1, равный нулю.

Требуемое соотношение токов можно определить следующим образом.

Введем следующие обозначения: ток в цепи второго резистора 9 и прямосмещенного диода 7 I>, ток через третий резистор 10.?1о, сопротивление второго резистора 9 R, сопротивление55 третьего резистора 10 К1; начальная

1о» температура со, текущая температура напряжение на переходе база-эмит05 4 тер второго транзистора 6 при начальной температуРе U, а при текущей температуре U ; напряжение на прямосмещенном диоде 7 при начальной тем пературе Бо,, а-при текущей температуре U ; энергетическая зона полупроводника аЕ (для кремния

d Eq =1»205 В) °

Напряжения на переходах база-эмиттер второго транзистора 6 и прямосмещенного диода 7 (транзистор в диодном включении) при текущей температуре определяются по известной формуле:

t t

06 Ф ДЕ(1- — )+U оь t (1) о о о

t о

Дифференцируя формулы (1) и (2) по температуре, получаем соответствующие температурные коэффициенты напряжения

aU Ноь — o

dt

dU Уоч -аЕ, Bt

Температурный коэффициент напряжения на третьем резисторе 10 равен температурному коэффициенту напряже ния на переходе база-эмиттер второго транзистора 6, а температурный коэффициент тока через него I равен

1о

T Т = — -/К = —" — -о.. (3)

bUg к

Температурный коэффициент напряже-. ния на втором резисторе 9 равен разности температурных коэффициентов на переходах второго транзистора б и прямосмещенного диода 7, а температурный коэффициент тока через него

I равен т Т, = (— — - — g)/R = 3 — - -.(4) пь av - ц

3t У

Ток питания входного каскада 1 I

4 равен сумме токов через цепь из вто рого резистора 9 и прямосмещенного диода 7 и третий резистор 10, а его температурный коэффициент равен сум» ме температурных коэффициентов этих токов

Принимая Т„Т =0, с учетом формул (3) и (4) получаем

Uвз,.--оо U оз-Боа

-Я » — - - + —.— — — 0

R t

1136305 или

Цм 4lfà Цоэ ЦФФ Ю.,,В.

"к так как

I.q м(1,4-1,2) Составитель Н.Дубровская

Редактор И.Николайчук Техред М Надь Корректор H.Ìóñêâ

Ю

Заказ 294 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 ° Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4

Паз

I (5)

Rv

13еа -Usa о и — — — I (при t ), то I = — - -I ф 7 R 6 т ай иR- — — Е у+4

1О

Подставляя s формулу (5) полученное выражение для К1, получаем искомое соотношение токов I и Е, требуемое для получения нулевого температурного дрейфа тока питания вход15 ного каскада 1:

Е ва

I =I т З ю оь

При обычных значениях V,ó(0,65+

О, 7) В получаем

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

При изменении напряжения источников питания на 503 напряжение смещения изменяется на 10-15Х, а входного тока на 5-7Х.