3.5. Усилительные каскады на составных транзисторах

3.5.1. Общие сведения

Усилительные каскады на составных транзисторах (СТ) чаще всего используют в ИМС. СТ представляет собой сочетание , как правило, двух активных элементов, образующих УЭ с новыми параметрами и характеристиками. Они применяются во входных дифференциальных каскадах для обеспечения большого входного сопротивления, в эмиттерных и истоковых повторителях, в выходных двухтактных каскадах ОУ, в промежуточных каскадах ОУ и т.д.

Зная параметры УЭ, входящих в состав СТ, и способ их соединения, можно, воспользовавшись методом четырёхполюсника [1], найти характеристические параметры (у-параметры), т.е. представить СТ в виде одиночного транзистора. Далее следует воспользоваться готовыми расчётными соотношениями для схем включения ОЭ, ОК, ОБ (таб. 4.2.6 [1]).

3.5.2. Резисторный каскад на составном транзисторе

С



хема усилительного каскада, выполненного на СТ по схеме Дарлингтона [1] приведена на рисунке 3.28. Заменяя СТ эквивалентным одиночным транзистором, включённым по схеме ОЭ, получаем обычный резисторный каскад (рис. 3.1). Поэтому, аналитические выражения, полученные в разделе 3.2 можно распространить и на данную схему, предварительно заменив у-параметры одиночного транзистора в схеме ОЭ на у-параметры СТ.

При наличии резистора R эмиттерный ток транзистора VT1 не ограничивается током базы VT2 (I_Э1 = I_R + I_Б2), что димости g₂₁ первого транзистоего коэффициента усиления.

Если требуется усилительный каскад с большим входным сопротивлением, то в качестве первого УЭ используется ПТ (рис. 3.29). Так как затвор ПТ соединяется с резисторным делителем R₃₁R₃₂ с помощью резистора R₃ сопротивлением около 10МОм, то вход ПТ не шунтируется сравнительно небольшими сопротивлениями R₃₁ и R₃₂.

3.6. Усилительные каскады с динамическими нагрузками

П

овышение коэффициента усиления любого каскада при заданном УЭ возможно за счёт увеличения сопротивлений резисторов, которые включены в коллекторные или стоковые цепи транзисторов. Однако, если напряжение источника питания покоя транзистора. В результате ухудшаются его усилительные свойства, так как снижается крутизна транзистора g₂₁.

Д ля поддержания тока покоя постоянным, нужно соответствующее увеличение напряжения источника питания, но при этом ухудшается энергетика каскада, так как большая часть мощности источника питания рассеивается на коллекторной (стоковой) нагрузке. Кроме того, в ИМС высокоомный резистор занимает большую площадь на кристалле, что потребует увеличение её размеров.

Эта проблема решается применением динамических нагрузок, которые представляют собой некоторую схемную реализацию ГСТ, сопротивление которых постоянному току значительно меньше (на несколько порядков), чем переменному.

В усилителе с динамической нагрузкой (рис. 3.30) транзистор VT1 является УЭ. Его нагрузка (динамическая) – ГСТ (токовое зеркало) на транзисторах VT3 и VT4. Транзистор VT2 выполняет функцию токовой защиты. При нормальных условиях он закрыт и не оказывает ни какого влияния на работу каскада.

Данный каскад имеет высокое выходное сопротивление (более сотни килоом) и низкое входное сопротивление (при малом R) как у схемы ОЭ. Он инвертирует фазу усиливаемого сигнала и имеет большой коэффициент усиления по напряжению (несколько тысяч) из-за большого сопротивления ГСТ (динамической нагрузки) по переменному току.

Каскады с динамическими нагрузками получили широкое распространение в ИМС, где транзисторы обходятся дешевле резисторов.