Рис. 4-14. Каскад транслятора уровня постоянного напряжения с использованием схемы рис. 4-9.

где St - крутизна Гг. Аналогичным образом выходной импеданс каскада Ro может быть вычислен согласно

(4-43)

Главным недостатком схемы сдвига уровня, приведенной на рис. 4-14, является сильная температурная зависимость Uz, возникающая вследствие изменения L/бэ от температуры.

Практическая схема сдвига уровня постоянного напряжения, часто используемая в биполярных аналоговых схемах, представляет собой комбинацию резисторного каскада и источника тока (рис. 4-15). Поскольку выходное сопротивление источника тока гораздо выше, чем Ri, усиление каскада по напряжению весьма близко к единице. По-.стоянная составляющая выходного напряжения смещена по напряжению к отрицательному полюсу питания (или земле) на величину

Ui-U2=U6s+hR2. (4-44)

Главным недостатком такой схемы сдвига является его сравнительно высокий выходной импеданс, равный приблизительно что делает его чувствительным к емкостной нагрузке на выходе и может ограничить полосу пропускания. Этот недостаток может быть частич-

но устранен при добавлении каскада эмиттерного повторителя на выходе такой схемы.

На рис. 4-15,6 представлена практическая схема сдвига уровня, содержащая источник тока с диодным смещением, изображенный на рис. 4-2. Заметим, что если транзисторы Tl и Tz имеют одинаковые площади эмиттеров, то токи h и /i равны:

h = h =

(4 45)

Поэтому сдвиг напряжения на данном каскаде может быть выражен через напряжение питания соотношением

U,-Uz==U6s+ + (RJRo) (E-Uss) (4-46)

или при Ек.ибэ

Ui-UzEARilRo). (4-47)

Таким образом, при использовании схемы рис. 4-15,6 сдвиг уровня постоянного напряжения на каскаде следит за изменениями напряжения питания и оказывается нечувствительным к разбросам абсолютных величин смещающих токов и сопротивлений.

Усиление по переменному напряжению описанной схемы сдвига уровня может превышать единицу, если используется цепь положительной обратной связи, как показано

Рис. 4-15. Резисторно-токоотводный каскад

транслятора уровня. а - упрощенная схема; б - реальное схемное

«•нлощенне.

на рис. 4-16. В этом случае транзистор Тз обеспечивает низкий выходной импеданс каскада сдвига, содержащего транзисторы Ti и Tz. Положительная обратная связь подается на эмиттер Tz через R3. Если принимать iPo>l, постоянное напряжение на выходе может быть пред-, ставлено в виде

Rs - 1

RAR2 + Rs) (Rs-Rimo + R2)

(4-48)

Усиление по переменному напряжению можно записать как

Ки = -

l-Ri/Rs

(4-49)

Как можно видеть из уравнений (4-48) и (4-49), условием устойчивости работы каскада является соотношение R3>Ri. Такой каскад имеет сравнительно узкую полосу пропускания (~-200 кГц при Ки = =4) из-за действия положительной обратной связи.

Схема сдвига уровня рис- 4-16 обладает тем свойством, что действительная часть входного импеданса может оказаться отрицательной. Для того чтобы- избежать нестабильности напряжения, необходимо, чтобы каскад, предшествующий каскаду с положительной обратной связью и играющий роль источника, обладал низким выходным импедансом, так чтобы эффективный импеданс источника Rct, измеренный на базе Ti, удовлетворял соотношению

Rncr

(4-50)

Практически при конструировании последовательных усилительных каскадов в монолитных схемах для смещения уровня постоянного напряжения могут быть использованы боковые р-п-р транзисторы. Во многих случаях, однако, низкое усиление по току и плохие частотные характеристики боковых р-п-р транзисторов делают их малоподходящими

Рис. 4-16. Каскад трансляторов постоянного уровня с усилением по переменному напряжению.

для дискретных (неинтегральных) р-п-р устройств в стандартных конструкциях. Соединяя вертикальный п-р-п транзистор .и боковой р-п-р транзистор, можно получить составной прибор с усилительными параметрами, значительно превосходящими параметры бокового р-п-р транзистора. Такой составной прибор имеет полярность р-п-р транзистора и может использоваться в самых разнообразных схемах сдвига уровня или источников тока. Детальное описание таких составных устройств будет дано в следующем параграфе.

4-5. СОСТАВНЫЕ СХЕМЫ НА ТРАНЗИСТОРАХ р-п-р И п-р-п ТИПОВ

Сравнительно низкие, значения усилительных параметров бокового р-п-р транзистора могут быть частично скомпенсированы .при соединении бокового р-п-р транзистора с вертикальным п-р-п транзистором. Оказывается, что образующаяся составная структура обладает усилением -по току, характерным для п-р-п транзисторов, и полярностью р-п-р типа. Поскольку частотная характеристика бокового р-п-р транзистора гораздо хуже, чем п-р-п транзистора, высокочастотные свой-

Рис. 4-17. Каскад транслятора с использованием р-п-р и п-р-п сторон.

уровня транзи-

ства составного прибора определяются характеристиками р-п-р транзистора. Поэтому составные р-п-р и п-р-п каскады используются главным образом в схемах сдвига уровня постоянного напряжения или источников тока. Каскады источников тока на базе боковых р-п-р транзисторов могут быть использованы либо для создания постоянного смещения, либо как активная нагрузка для получения большого усиления по напряжению на одном усилительном каскаде. Этот последний случай будет обсужден ниже в связи с описанием конструкции операционных усилителей.

На рис. 4-17 приведена обычная схема сдвига уровня постоянного напряжения, в которой использована комбинация бокового р-п-р с вертикальным п-р-п транзистором. Отметим, что такая схема соединения транзисторов совпадает с упомяну-

той ранее (см. рис. 2-16). Выходное постоянное напряжение схемы сдвига, изображенной на рис. 4-17, можно выразить в виде

и, = А (£ .... <7бз и,). (4 51)

Аналогично усиление по переменному напряжению можно представить как

Ku-{R2lRi). (4-52)

Комбинация р-п-р и п-р-п часто используется в конструкциях интегральных каскадов источников тока. На рис. 4-18 представлены некоторые из основных типов соединений такого рода. В схемном соединении рис. 4-18,G использованы обычный п-р-п транзистор и боковой р-п-р транзистор во включении с общей базой. Смещение на базе р-п-р транзистора задается посредством фиксированного опорного напряжения Uon- Эмиттерный вывод Гг питается постоянным током через резистор Ri и коллекторный импеданс Tl. Коллекторный ток h р-п-р транзистора можно выразить в виде

/2=«p(/o-/i), (4-53)

где ар есть усиление по току бокового р-п-р транзистора в схеме с общей базой; ток /о дается выражением

/о=(1 ?1) (£к-

-Ues-Uon).

(4-54)

-о-1-Е.

1 ej

Рис. 448. Схемы источников тока с использованием композиции п-р-п и р-п-р транзисторов.