Чтобы уменьшить эти погрешности, можно было бы выполнить правое по схеме плечо транзисторного ключа по схеме Дарлингтона. Однако ещё лучше использовать для уменьшения погрешностей полевой транзистор, у которого ток затвора пренебрежимо мал, а выходное сопротивление и ёмкость затвор-сток вносят меньшие погрешности, чем аналогичные паразитные параметры биполярного транзистора. Поскольку база транзистора VT2 подключена к истоку VT3, весь зарядный ток, включая ток базы VT3, используется для заряда запоминающей ёмкости. Таким образом мы исключили погрешность, вносимую током базы VT2. Погрешности, вносимые паразитными параметрами ключевых транзисторов, минимизированы : ключ разрядного тока в схеме отсутствует, а в ключе зарядного тока применён полевой транзистор.

3. Стретчер.

3.1. Принципиальная схема основных узлов стретчера.

Принципиальная схема основных узлов стретчера приведена на рис 5.

Усилительное звено состоит из транзисторов VT4 и U1D, включенных каскодно, и выходного эмитерного повторителя U1B. Транзистор VT5 и цепь R6C5 служат для минимизации набега фазы и коррекции АЧХ и ФЧХ усилительного звена, что обеспечивает его устойчивость. Зарядный ключ выполнен на транзисторах VT1 и VT2. Полевой транзистор VT3 включен с общим затвором и служит для передачи тока базы VT2 к запоминающей ёмкости, а также для развязки входа усилителя от цепей, подключенных к истоку VT3. Дифференциальный ключ VT6, VT7 выполняет функции простого компаратора. Он обеспечивает переключение выходного напряжения между уровнями -2 В и -0.8 В при нагрузке на резистор 100 Ом, подключенный к источнику -2 В. Это необходимо для согласования с ЭСЛ.

Для работы схемы стретчера необходимы три опорных напряжения, формируемые специальными источниками. Опорное напряжение, поступающее на затвор VT3, устанавливается с учётом термокомпенсации падения напряжения на диоде VD2. Опорное напряжение, поступающее с эмиттера VT8 на нижнюю (по схеме) обкладку запоминающей ёмкости C1, обеспечивает термокомпенсацию падения напряжения на диоде VD1. Поэтому значения выходного напряжения, при которых происходит включение каждой петли ООС, не зависят от температуры. Опорное напряжение, поступающее на базу VT7, равно среднему арифметическому между этими напряжениями. Таким образом обеспечивается стабильность задержки переключения компаратора из лог.1 в лог.0 .

3.2. Результаты моделирования.

При разработке принципиальной схемы стретчера оптимизация параметров усилительного звена и зарядного ключа производилась с помощью моделирования. Задачей моделирования являлось проверить устойчивость и оценить время нарастания выходного сигнала при переключениях компаратора. Для моделирования использовалась программа LES (Linear Electronic circuit Simulator). Поскольку программа LES позволяет моделировать только линейные схемы, моделирование проводилось для каждого режима работы нелинейной ООС (отдельно для режима когда диод VD2 открыт, а VD1 закрыт, и наоборот). Т.к. элементы ключа входят в состав схемы нелинейной ООС, необходимо учитывать в модели и их параметры.

Расчетные характеристики усилительного звена с правильной коррекцией (о подборе коррекции см. ниже) показаны на рис.6 . Коэффициент усиления на низких частотах около 140, произведение коэффициента усиления на частоту не менее 250*106.

Для определения запаса устойчивости схемы с ООС выход цепи ООС в модели нагружается на каскад, идентичный входному каскаду усилителя. Моделирование показало, что при правильном выборе корректирующих элементов R6C5 усилитель устойчив с обеими петлями ООС (рис.7, 8). Запас по фазе составил не менее 31°.

Для проверки правильности принятых схемотехнических решений и расчётов был собран макет усилителя с нелинейной ООС. Во время измерения не было обнаружено существенных отклонений в его работе. На практике были получены следующие параметры :

n устойчивость во всём диапазоне рабочих частот ;

n стабильность порога компарирования ;

n скорость нарастания выходного сигнала по заднему фронту 30 В/мкс.

3.3. Выбор полевых транзисторов.

Наиболее критичным элементом усилительного звена является полевой транзистор VT4. Крутизна этого транзистора оказывает определяющее влияние на коэффициент усиления и граничную частоту усилительного звена, и должна быть не менее 15мА/В. Ключевой транзистор VT3 должен иметь крутизну не меньше чем 2мА/В в диапазоне токов от 0.4мА до 1мА, т.к. от неё зависит изменение напряжения на базе VT2 при его включении, и, следовательно, управляющее напряжение переключения ключа. Эти значения приняты с учетом результатов измерений реальных параметров транзисторов КП341 (см. ниже). Поскольку полевые транзисторы VT3, VT4 используются в таких режимах, для которых паспортные данные отсутствуют и разброс параметров различных экземпляров транзисторов одного типа большой (в несколько раз), необходим предварительный отбор транзисторов. Для определения характерных параметров транзистора, на которые можно рассчитывать, были сделаны измерения переходных характеристик и затем их математическая обработка. Измерения производились при 10-12 значениях тока стока (в зависимости от начального тока стока конкретного экземпляра транзистора). По результатам измерений были построены переходные характеристики каждого транзистора с помощью интерполяции кубическими сплайнами. По этим характеристикам для каждого транзистора была рассчитана зависимость крутизны от тока стока. Затем была посчитана средняя переходная характеристика и средняя зависимость крутизны от тока стока (математическое ожидание). Для обеих зависимостей рассчитаны их разбросы от средних значений (среднеквадратическое отклонение). Результаты вычислений представлены в виде графиков рис.9 и рис.10 . Эти данные были использованы в качестве базовых при расчете схемы, и в качестве критерия отбора транзисторов.