CC BY
17СХЕМОТЕХНИКА 8-КОММУТАТОРОВ ТОКА И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ
УСИЛИТЕЛЕЙ НА ИХ ОСНОВЕ
Прокопенко Н.Н.(таИ@888и.ги), Никуличев Н.Н., Гущин Н.Г.
Южно-российский государственный университет экономики и сервиса (г.Шахты)
Транзисторные ключи и коммутаторы находят широкое применение в аналого-цифровых устройствах[1]. В данной работе рассматриваются коммутаторы, реализованные на основе классических повторителей тока(ПТ)[2]. При этом ПТ предлагается использовать в роли самокоммутирующихся ключей^-коммутаторов), состояние которых (включено-выключено) зависит от величины протекающего через них тока.
На рис.1 приведён пример ПТ на п-р-п транзисторе. В зависимости от соотношении токов 10 и 1к транзистор УТ1 может находиться либо в режиме насыщения(при 10>1к) либо в активном режиме( 10<1к). Это свойство ПТ может быть использовано для целенаправленного изменения свойств тех или иных аналоговых устройств.
Рис. 2. Пример построения дифференциального S-коммутатора тока 10
На основе ПТ возможно построение дифференциального коммутатора тока I), структура и статические характеристики которого, приведены соответственно на рис.2,3.
Рис.3 Статические характеристики дифференциального S-коммутатора тока !0
Дифференциальный коммутатор реализован на основе повторителей тока УТк1-УОк1 и УТк2-УОк2 (рис.2). Режимы его работы определяются соотношением токов 101=102 и 10. В статическом режиме, когда ивх=и910=0, транзисторы УТк1 и УТк2 находятся в насыщении, что обеспечивается выбором 101=102>1ктк1=10/2. При и9=и10 ток 10=/ктк1 +1ктк2 . Если ивх=и910>0 коллекторный ток УГк1 увеличивается. Когда он достигает значений 11<10, транзистор УТк1 переходит в активный режим, что ограничивает дальнейший рост 1ктк1 и приводит к изменению (пропорциональному ивх) напряжения и9.3 между узлами 9 и 3 от уровня иост. Дифференциальное напряжение и9. 10 (при равенстве остаточных напряжений транзисторных ключей иост) изменяется пропорционально ивх от нулевого уровня. Наклон tgy0 характеристики 1ктк1=/(ивх) определяется сопротивлением открытых транзисторных ключей УТк1, УТк2.
Рассмотрим примеры применения Б-коммутаторов в аналоговых устройствах.
Для расширения диапазона активной работы дифференциальных усили-телей(ДУ) и, как следствие, повышения на 1-2 порядка быстродействия операционных усилителей, могут применяться нелинейные корректирующие цепи(НКЦ) БЦ-класса[2]. В этих схемах управляющие напряжения для НКЦ формируются с помощью дифференциальных коммутаторов(рис.2). На рис.4 изображена схема ДУ с НКЦ БЦ-класса, в которой базовый каскад образуют транзисторы УТ1, УТ2 и АН. Коммутаторы Б1, Б2, выполненые на базе повторителей тока ПТ1, ПТ2, при малых входных сигналах находятся в замкнутом состоянии (их выходные транзисторы насыщены). При этом транзисторы УТ3, УТ4, УТ5 закрыты, так как
ПТ1
о +
tg¥2 = 1/^, Цр1 ~ и,
1 „ 101 + 103 + 102 4<Рг
/(+) н.max <А( 103 - 101 ),
/(-) н.max < в 5 (103 - 102)
Рис.4 Дифференциальный усилитель с Б-коммутаторами тока
напряжение на их эмиттерно-базовых переходах меньше порога открывания транзистора Ц0~0,6В. При положительном приращении напряжения на базе УТ1 ток через увеличивается. Как только он станет равным 101, цепь
размыкается, что приводит к фиксации потенциала базы транзистора УТ5. При этом дальнейшее приращение входного напряжения прикладывается к участку
цепи «иэб.з-Ю-иэб.5», что и обеспечивает приращение тока коллектора УТ3 (УТ5) и, следовательно, тока в нагрузке.
Проходная характеристика ДУ рис.4 приведена на рис. 5, где на рис. 5а показан начальный участок, соответствующий режиму малого сигнала. Графики получены при разных сопротивлениях резистора Я1, определяющего крутизну ДУ в режиме большого сигнала и 10=0,32мА, 101=0,2мА.
а б
Рис.5 Проходная характеристика квазилинейного ДУ рис. 4
с НКЦ 8и-класса
Коммутаторы и Б 2 могут быть выполнены на п-р-п транзисторах. Пример такого ДУ приведен на рис.6. Базовый каскад образуют транзисторы УТ1, УТ2. Коммутаторы и Б2 реализованы на элементах УТ3, УБ1 и УТ4, У02. Значения токов 101 выбраются из условия 101>10/4, чем обеспечивается замкнутое состояние Б1, Б2 в статическом режиме. При увеличении входного напряжения ивх >Игр1 размыкается, транзистор УТ5 открывается и
обеспечивает приращение тока нагрузки, который в дальнейшем зависит от сопротивления резистора Я1.
Р2
УТ6
tgV2
1 я
игр1 ~ Пд - Еа
1 н. пшх в5( 10 2101 ),
г(-)
" н.max — Н5\* 0
IН1х 10 - 2101 )
1п - 21,
01
4фт
-о -
Рис. 6. Квазилинейный ДУ с НКЦ 8У-класса (УТ5-УТ6)
Проходная характеристика рассмотренного выше ДУ приведена на рис.7. Рисунок 7а соответствует режиму малого сигнала. Кривые 1-3 получены при разных сопротивлениях резистора Я1=Я2 и следующих значениях токов: 10=0,7мА, 101=0,2мА, которые должны выбираться в соответствии с рекомендациями рассмотренными выше.
1н,мА /
0,3"
1-И=1000м
2- Ш=4000м
3-И=7000м
и™ 0,2
4^,10,6 иЕХ,в
"ч игр1и'" 2 4 6 8 ив
а б
Рис. 7. Проходная характеристика квазилинейного ДУ рис. 6 с
НКЦ БУ-класса
Таким образом, приведённые выше примеры построения и применения Б-коммутаторов показывают, что на их основе возможно создание новых схемотехнических решений аналоговых устройств с улучшенными качественными параметрами [3,4].
Список литературы
1. Волгин Л.И. Элементный базис реляторной схемотехники .- Тольяти : Изд-во Поволжского технологического института сервиса, 1999.- 71с.
2. Операционные усилители с непосредственной связью каскадов / В. И. Анисимов, М.В. Капитонов, Н.Н. Прокопенко, Ю.М. Соколов. Л., 1979.
3. Прокопенко Н.Н. Основы структурного синтеза нелинейных корректирующих цепей усилительных каскадов./ М.,1992. Деп. в ВИНИТИ 01.02.92, № 76550.
4. Прокопенко Н.Н. Вопросы проектирования входных каскадов микроэлектронных операционных усилителей. Канд. Диссертация., Л., 1975.
