Иногда возникает необходимость в буферном усилителе с низкими искажениями, способном работать с биполярными сигналами. Для этих целей можно использовать операционный усилитель или интегральный буфер, но для большей гибкости может оказаться полезной дискретная конструкция. Области применения включают буферные цепи для входов АЦП или выходов ЦАП, а также драйверы линий передачи сигналов звуковых частот.
 |
|
| Рисунок 1. | Буфер обеспечивает единичное усиление, низкое выходное сопротивление и низкие искажения. Подробности об источниках тока в эмиттерах транзисторов см. на Рисунке 2. |
Буфер, изображенный на Рисунке 1, обеспечивает единичное усиление, низкое выходное сопротивление и низкие искажения. В нем используются два эмиттерных повторителя, сконфигурированных как симметричные усилители класса А; обычные эмиттерные резисторы заменены источниками тока (Рисунок 2). Для получения наилучших результатов следует использовать комплементарные транзисторы Q1 и Q2 с одинаковыми, точно подобранными коэффициентами передачи тока (β).
 |
|
| Рисунок 2. | Показаны детали источников тока, используемых в эмиттерах транзисторов на Рисунке 1. |
Такая топология имеет преимущества перед обычным эмиттерным повторителем. В ней меньше четных гармоник и шумов, она обеспечивает низкие значения напряжения и тока смещения на входе и низкое напряжение смещения на выходе, а также отличается большим коэффициентом подавления пульсаций источника питания. Схема не требует температурной компенсации и стабильна по постоянному току. Как и в обычных повторителях напряжения, в ней есть только местная обратная связь. Такая схема выгодна в некоторых приложениях, где длинная цепь обратной связи может быть источником дополнительных искажений или неустойчивости.
Резисторы R1 и R2 суммируют напряжения двух выходов. Для подавления четных гармоник их сопротивления должны быть строго одинаковы. Предпочтительные устройства – например, металлопленочные или фольговые – должны быть стабильными, линейными и создавать низкий уровень шума.
Падение напряжения на резисторе R1 равно напряжению база-эмиттер VBE транзистора Q1, так что
где K в диапазоне от 3 до 20.
Сопротивления резисторов R2 и R1 выбраны равными. Эти же резисторы обеспечивают устойчивость при работе на емкостную нагрузку, поэтому величина K зависит от этой емкости. В эквивалентной схеме по переменному току эти резисторы оказываются соединенными параллельно, что обеспечивает низкое выходное сопротивление. Диод D1 защищает эмиттерные переходы обоих транзисторов от повышенных входных напряжений. Если буфер используется в качестве выходного каскада, D1 можно исключить.
Коэффициенты усиления двух транзисторов по постоянному току обычно не полностью совпадают, что приводит к появлению на выходе небольшого напряжения смещения. Обратите внимание на резисторы R5A и R5B, добавленные между базами и эмиттерами транзисторов в схеме на Рисунке 1 для компенсации этого смещения. Чтобы уменьшить выходное напряжение смещения практически до нуля, нужно добавить один резистор R5A или R5B, но не оба одновременно. В качестве примера предположим, что β2 > β1; тогда используется резистор R5B. Если β больше у транзистора Q1, будет использоваться R5A. Сопротивление резистора R5 можно оценить с помощью следующей формулы:
где β1 и β2 – коэффициенты передачи тока транзисторов Q1 и Q2, соответственно.
Когда выход сбалансирован с помощью резистора R5, входной ток смещения также минимален, поскольку токи I3 и I4 компенсируют друг друга.
 |
|
| Рисунок 3. | Эта схема, представляющая собой вариант схемы, показанной на Рисунке 1, автоматически поддерживает выходное напряжение близким к нулю. |
Схема на Рисунке 3, являющаяся вариантом схемы на Рисунке 1, автоматически поддерживает выходное напряжение близким к нулю. Интегратор на микросхеме IC1 усредняет выходное напряжение, но не пропускает переменную составляющую сигнала, поскольку действует как фильтр верхних частот; частота излома fC его характеристики может быть рассчитана по формуле
В этой схеме частота fC равна приблизительно 1.6 Гц.
Выходной сигнал интегратора управляет оптопарой, в качестве выходного элемента которой используется фоторезистор. Этот резистор заменяет верхний и нижний резисторы R5. Схема на Рисунке 3 обеспечивает практически нулевое выходное напряжение смещения даже при подаче входного напряжения смещения, если оно не слишком велико. Операционный усилитель IC1 должен иметь низкий уровень шума и низкие значения тока и напряжения смещения; кроме того, резистор R3 и конденсатор C3 должны быть высококачественными и стабильными устройствами.
В схеме на Рисунке 3 одна из оптопар всегда будет неактивна, но если заранее не знать, какое из двух значений бета больше, определить, какая оптопара не задействована, невозможно. Высококачественные фоторезисторные оптопары могут быть достаточно дорогими, поэтому, если известны значения бета транзисторов, одно из устройств можно заменить диодом D2, как показано на Рисунке 4. В этом варианте β2 > β1, поэтому фоторезистор шунтирует транзистор Q2. Резистор R4 также можно не использовать, если светодиоды оптопар выдерживают максимальный выходной ток интегратора.
 |
|
| Рисунок 4. | Если известно, какое значение бета больше, одно устройство можно заменить диодом D2. |
Кстати, можно использовать оптопару с лампой накаливания; в этом случае интегратор не нужен, так как его роль выполняет нить накала. Тогда емкость интегрирующего конденсатора нужно увеличить до 1 мкФ, а сопротивление входного резистора уменьшить до 1 кОм (Рисунок 5). Последняя схема имеет низкий коэффициент усиления по постоянному току (по сравнению с интегратором), поэтому постоянное напряжение смещения на выходе может быть достаточно большим и составлять десятки милливольт. Диод D2 предотвращает возможное «защелкивание» схемы.
 |
|
| Рисунок 5. | Можно использовать оптопару с лампой накаливания; в этом случае интегратор не нужен, так как его роль выполняет нить накала. |
Купить 2SA992 на РадиоЛоцман.Цены
