Измерительный мостик Уитстона

Данная транзисторная схема широко используется на практике в устройствах для получения сигнала разности входного и эталонного напряжений.

Рис. 7.6. Измерительный мостик Уитстона на основе дифференциального усилителя

Входное напряжение в приведенной на рис. 7.6 схеме снимается с терморезистора, сопротивление которого зависит от температуры объекта. Эталонное напряжение задается делителем R₂, R₃, R₄. Например, при нулевой температуре потенциометром R₃ напряжение на вх. 2 устанавливают равным напряжению на вх. 1. Тогда выходной сигнал окажется равным нулю, и все отклонения относительно эталона будут отслеживаться на выходе.

Дифференциальная пара образована составными транзисторами Дарлингтона Т₁, Т₂ и Т₃ , Т₄. Такое включение значительно повышает входное сопротивление ДУ.

Для увеличения КОСС в эмиттерную цепь ДУ включено токовое зеркало Т₇ , Т₈, ток через которое задает резистор R. В коллекторной цепи ДУ имеется активная нагрузка – токовое зеркало Т₅ , Т₆, что повышает К_ДИФФ и, следовательно, чувствительность схемы.

7.3. Влияние емкостей p-n-переходов транзисторов.
Эффект Миллера и способы его устранения

На высоких частотах и при проектировании быстродействующих устройств необходимо учитывать собственные емкости p-n-переходов. При емкости p-n-перехода, примерно равной 5 пФ на частоте 100 МГц, получим достаточно большой импеданс: , который влияет на усилительные свойства схемы.

Так, например, емкость перехода база – эмиттер (С_БЭ) и внутреннее сопротивление источника сигнала образуют на входе ФНЧ, вызывающий спад усиления на высоких частотах. Аналогичный фильтр образуется на выходе из соответствующей емкости нагрузки С_Н и коллекторного сопротивления R_К.

Емкость перехода коллектор – база (С_КБ) создает отрицательную обратную связь по напряжению, поскольку передает часть выходного усиленного сигнала в противофазе обратно на вход. Степень ООС, таким образом, зависит от К_U.

Рис. 7.7. Собственные емкости p-n-переходов в усилительном каскаде

Явление снижения коэффициента усиления на высоких частотах, обусловленное емкостью С_КБ, называют эффектом Миллера. При этом влияние С_КБ аналогично влиянию эквивалентной емкости, подключенной между базой и землей: .

Общие рекомендации: для увеличения быстродействия схемы необходимо уменьшать импеданс источника и нагрузки, а также увеличивать ток через транзистор.

Рассмотрим схемы, в которых эффект Миллера отсутствует.

а б в

Рис. 7.8. Схемы, в которых эффект Миллера отсутствует:

а – схема с общей базой; б – дифференциальный каскад; в – каскодная схема

Эффект Миллера отсутствует в схеме с общей базой (рис. 7.8, а), так как емкость С_КБ не создает ООС.

Эффект Миллера отсутствует в ДУ (рис. 7.8, б), так как эту схему можно рассматривать как ЭП на Т₁ (К_U = 1), подключенный к каскаду с общей базой на Т₂.

Эффект Миллера отсутствует в каскодной схеме (рис. 7.8, в), в которой потенциал коллектора первого транзистора поддерживается постоянным за счет того, что является эмиттерной нагрузкой второго транзистора, компенсирующего все изменения.