Содержание

Каскодная схема постоянной токовой нагрузки второго дифференциального усилителя и ее стабилизация

Известно, что для второго дифференциального усилителя требуется напряжение смещения между сеткой и катодом V_gk ≈ —10 В, следовательно необходимо разработать схему каскада, выполняющего роль схемы неизменяющегося тока, с таким рабочим напряжением, что позволит избежать необходимости использования дополнительного источника питания.

По причине, которая станет очевидной немного позже, необходимо задать небольшое значение опорного напряжения, путем, например, включения инфракрасного светодиода, смещение на который будет задаваться с шины нулевого потенциала через высокоомный резистор. Схема такого каскада неизменяющегося тока показана на рис. 7.43. Так как падение напряжения на резисторе составляет ≈ 350 В, ток через него должен быть очень мал и не превышать значения, полученного из условия допустимой мощности рассеяния резистора. При использовании резистора с номиналом 150 кОм и мощностью рассеяния 3 Вт, по нему потечет ток 2,3 мА, а выделяющаяся мощность составит 0,83 Вт. Значение тока 2,3 мА в нормальных условиях не может считаться нормальным базовым током для инфракрасного светодиода из-за того, что его внутреннее сопротивление r_internal значительно возрастает при малых токах (16,4 Ом при токе 2,3 мА по сравнению с 5,4 Ом при токе 10 мА). Однако, так как изменяющееся градиентное сопротивление светодиода помогает компенсировать изменения напряжения питания сети, эта проблема не является актуальной.

С целью оценить влияние изменения сетевого напряжения, можно предположить увеличение напряжения сети на 1 %.

Для выходного каскада необходимо поддерживать значение анодного тока I_а постоянным вне зависимости от изменения анодного напряжения V_a, следовательно, необходимо определить значение напряжения смещения V_gk, которое компенсирует вносимые изменения. Для нахождения этого значения очень удобно воспользоваться определением для статического коэффициента усиления т.

Так как высокое напряжение выходного каскада составляет 400 В, увеличение напряжения на 1 % составит +4 В. для лампы 13Е1 значение μ ≈ 3,9, поэтому напряжение V_gk должно быть уменьшено примерно на 1 В, чтобы противодействовать изменению на аноде.

Падение напряжения на аноде второго дифференциального усилителя на 1 В могло бы быть вызвано увеличением анодного тока на величину:

где значение сопротивления берется в килоомах.

Но в усилителе две лампы, следовательно, ток общей цепи питания дифференциальной пары возрастет вдвое и составит 40 мкА.

Для рассмотренного в примере инфракрасного светоизлучающего диода, необходимо значение опорного напряжения V_ref = 1,10В при значении тока 2,33 мА, следовательно, сопротивление резистора, задающего эмитерный ток каскода схемы неизменяющегося тока, должно составлять:

где ток берется в миллиамперах.

Изменение тока на 40 мкА в задающем резисторе с сопротивлением 40 Ом может быть вызвано изменением напряжения V на величину, равную V = I × R = 40мкА×40Ом= 1,6 мВ.

Если принять напряжение база-эмиттер транзистора неизменным, то опорное напряжение V_ref должно возрасти на 1,6 мВ, чтобы противоборствовать изменению тока выходного каскада.

Через резистор с сопротивлением 150 кОм проходящий ток также увеличится на 1 % вследствие увеличения сетевого напряжения на 1 %. При нормальных условиях через резистор протекает ток 2,33 мА, следовательно, увеличение тока составит 2,33 мкА.

Зная изменение тока и изменение падения напряжения на неизвестном резисторе, можно определить его величину:

где напряжение берется в милливольтах, а ток — в миллиамперах.

Инфракрасный светоизлучающий диод пропускает ток 2,33 мА и вносит градиентное сопротивление r_slope = 16,4 Ом, следовательно, необходимое значение сопротивления составит (68,6 — 16,4) Ом = 52 Ом.

Но на сопротивлении 52 Ом падение напряжения при величине тока до значения 2,33 мА составит 121 мВ. Таким образом, опорное напряжение V_ref увеличится до значения: (1,10 +0,121 )В= 1,22 В.

Следовательно, падение напряжения на задающем резисторе становится равным 521 мВ, и, так как он доложен пропускать ток 10 мА, величина необходимого сопротивления изменяется с 40 Ом до значения 52 Ом.

Рис. 7.43 Схема смещения второго дифференциального усилителя

Как видно из схемы (рис. 7.43), величины задающего и компенсирующего резистора являются взаимовлияющими, следовательно, необходимо будет использовать переменные резисторы и настраивать значения их сопротивлений в следующем порядке:

1) установить максимальное значение сопротивления компенсирующего резистора и минимальное для задающего;

2) настроить с помощью задающего резистора требуемый ток выходного каскада.

3) используя ЛАТР, увеличить напряжение сетевого питания на 5%;

4) настроить компенсирующим резистором первоначальное значение тока выходного каскада;

5) восстановить номинальное значение сетевого напряжения.

Повторять пункты 2—5 до тех пор, пока изменения тока выходного каскада при изменении сетевого напряжения питания не станут минимальными.

Поскольку рабочие напряжения транзисторов не очень велики, лучше всего использовать транзистор типа BS549, либо аналогичный ему.

Известно, что необходимо предусмотреть возможность подстройки соответствующих напряжений на сетках выходных ламп для выравнивания (симметрирования) их анодных токов, поэтому введение переменного резистора между катодами ламп второго дифференциального усилителя позволяет осуществлять такие изменения.

Если использовать резистор с сопротивлением 100 Ом и теоретически сдвинуть движок в одно из крайних положений, то через резистор потечет ток только одной из ламп типа 6J5GT, который равен примерно 5 мА и падение напряжения на резисторе составит примерно 0,5 В. Усиление дифференциального усилителя составляет примерно 18, следовательно, разница напряжений на сетках выходных ламп составит порядка 9 В. Так как движок переменного резистора может быть сдвинут и в другое крайнее положение, то можно получить точно такое же изменение напряжения, но противоположное по знаку. Таким образом, на каждой из ламп напряжение на сетке может быть эффективно изменено в пределах ±9 В, значения которого вполне достаточно для достижения необходимого баланса анодных токов.

Коллекторное напряжение нижнего по схеме (рис. 7.43) транзистора схемы задания неизменяющегося тока не должно вносить изменений, следовательно, значение напряжения коллектор-эмитер V_ce = 2 В при значении тока 10 мА является вполне приемлемым для этого типа транзисторов. Так как коллектор нижнего транзистора подключен к эмиттеру верхнего транзистора, напряжение коллектор-эмитер V_ce будет равно напряжению между двумя эмиттерами. Так как на открытых переходах база-эмитер каждого транзистора падение напряжения составляет 0,7 В, напряжение V_ce для нижнего транзистора будет равно напряжению между двумя базами транзисторов. При установке резистора в цепи между базами, будет известно, что он пропускает ток 2,33 мА, проходящий через резистор с сопротивлением 150 кОм, следовательно, требуемая величина сопротивления составит частное отделения напряжения 2 В на ток 2,33 мА, что составит 820 Ом.

Информация

Продолжение