Дифференциальный усилитель

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89

Схемные конфигурации, предназначенные для выполнения в виде микросхем, обладают рядом особенностей. По своему построению они в подавляющем числе случаев являются усилителями постоянного тока, а при их организации используется ряд специфических схемных построений, таких как генератор стабильного тока, схема сдвига уровня, конфигурация типа «токовое зеркало» и др.

Одной из широко используемых в микросхемах и УПТ конфигураций является схемное построение дифференциальный усилительный каскад (ДК), или усилитель разностной составляющей двух сигналов. Остановимся на общих свойствах ДК и связанных с ним некоторых понятиях и определениях.

Дифференциальный каскад — это усилитель с двумя входами, относительно которых коэффициенты усиления одинаковы по величине и противоположны по знаку. Усиление сигнала, поступающего на один из входов, происходит без изменения знака, а на второй вход — с изменением (инверсией) знака на противоположный. Первый вход называется неинвертирующим, второй — инвертирующим. В дальнейшем параметры, характеризующие свойства ДК по неинвертирующему входу, будем отмечать индексом «+», по инвертирующему — индексом «-». На схемах зажим, соответствующий инвертирующему входу, отмечается символом инверсии, имеющим вид небольшой окружности (рис. 7.1).Выходной эффект ДК определяется результатом суммирования усиления сигналов, воздействующих на оба входа:

Uвых= Uвх₊K₊ -Uвх_-К_-

где К₊, К_ — коэффициенты передачи ДК относительно неинвертирующего и инвертирующего входов соответственно.

В идеальном ДК К₊ = К_, в результате чего его выходной сигнал определяется только различием входных сигналов и_вх+ и и_вх-_, поэтому ДК часто называют усилителем разности.

Во входном сигнале ДК различают дифференциальную (разностную) и д и синфазную и_с составляющие:

Uд=Uвх+ - Uвх-

Uc=(Uвх+ + Uвх-) / 2. (7.2)

Дифференциальная составляющая Uд характеризует различие (асимметрию) сигналов и_вх+ и и_вх_, а синфазная Uc— их совпадение.

В реальных ДК коэффициенты К₊ и К_ могут различаться, в результате чего выходной сигнал зависит не только от разностной составляющей сигналов и_вх+ и и_вх_, но и от их синфазной составляющей:

Uвых= UдКд+UcKc, (7.3)

где Kд — коэффициент усиления дифференциальной составляющей сигналов и_т+ и и_вх_; К_с — коэффициент передачи синфазной составляющей этих сигналов.

Первый коэффициент характеризует усилительные свойства относительно двух входов в среднем', второй — различие этих усилительных свойств:

К_Д= (К₊ + К_)/2; К_С = К₊- К_. (7.4)

Качество ДК как усилителя разностной (дифференциальной) составляющей сигналов и_вх+ и и_вх_ определяется степенью относительного различия коэффициентов К_Д и К_с. Абсолютное значение отношения K_Д /K_C называют коэффициентом ослабления синфазного сигнала и обозначают как К_ОСсф в соответствии с формулами (7.4). Обычно это значение берется по модулю:

Кс = ± Кд / Kоссф

К_Д=К₊- Kс/ 2 = К_ + Kс / 2; (7.5)

К₊ = К_Д+ Kс / 2; К- = К_Д- Kс / 2.

Знак «+» в последнем соотношении для К_с соответствует случаю, когда К₊ >К_, а знак «-» — когда К₊ < К_.

На рис. 7.2 приведена эквивалентная схема, составленная с учетом возможных отклонений свойств реальных ДК от идеальных. В ней отражены такие свойства реальных ДК, как их чувствительность к воздействию синфазного сигнала, ненулевое значение выходных Rвых сопротивлений, конечность входных сопротивленийRвхд и R_BXC для дифференциальной и синфазной составляющих сигналов и_ях+ и и_пх_. Вследствие конечности входных сопротивлений эти сигнальные напряжения вызывают входные сигнальные токи Iд и Ic:

Iд=Uд / Rвхд; Ic= Uc / Rвхс; Iвх+ =Ic+Iд; Iвх- =Ic-Iд

-Обычно при схемной организации ДК в первую очередь ориентируются на применение эмиттерно-связанных транзисторов. Рассмотрим свойства схем (см. рис. 6.8 и 6.9) при их использовании в качестве дифференциального каскада. Для этого выделим пару входных зажимов 1 и 2 и один выходной 3 (рис. 7.3). По отношению к этому выходу вход 2 — неинвертирующий, так как передача К₂₃ от этого входа до точки 3 определяется двухкаскадной схемой с ОК —ОБ, в которой оба каскада неинвертируют фазу сигнала. Следовательно К₂₃ = К+. Согласно формуле (6.7) значение этого коэффициента передачи определяется соотношением

К₂₃=К₊=g21R0g21Rk / (1+ 2g21R0) = g21Rk / 2 (7.6)

Вход 1 — инвертирующий. Относительно него передача сигнала осуществляется каскадом ОЭf, следовательно К₁₃ = К_, где К₁₃ — коэффициент передачи от точки 1 до точки 3. Согласно формуле

K13= g21Rk(1+g21R0) / (1+2g21R0) = g21Rk / 2 (7.7)

Сопоставление результатов формул (7.6) и (7.7) показывает, что рассматриваемые схемы могут выполнять функции ДК, приэтом согласно соотношениям (7.4)...(7.7)

Kд =g21Rk /2

Kc=K23 – K13= -Rk / 2R0

Kоссф = |Кд /Кс|= g21Ro (7.10)

Соотношения (7.6)….(7.10) соответствуют малосигнальному режиму работы транзистора.

Недостатком ДК, выполненного по простейшей схеме (см. рис. 7.3), является низкое значение коэффициента ослабления синфазного сигнала. Повышение значения этого коэффициента может быть достигнуто согласно формуле (7.10) за счет увеличения сопротивления резистора Rq, что согласно формуле (7.11) ведет к уменьшению коллекторных токов и ухудшению в соответствии с формулами (7,8) усилительных свойств ДК. Избежать этого противоречия можно за счет включения в эмиттерную цепь схемы, называемой генератором стабильного тока.

Схема ГСТ способна создать требуемое значение тока I ₀ при относительно невысоком напряжении источника питания Eп-. В то же время она является высокоомным источником постоянного тока, т.е. двухполюсником, в котором ток I0 не зависит от приложенной к нему разности потенциалов, в том числе и от потенциала Uэ эмиттеров транзисторов в схеме на рис. 7.3. Данное обстоятельство обеспечивает высокое значение дифференциального сопротивления Rо и соответственно высокое значение коэффициента K оссф.

На рис. 7.4 приведены типовые схемные конфигурации, выступающие в роли ГСТ в ДК типа рис. 7.3. Основным функциональным звеном, обеспечивающим стабильное и определенное значе ние тока I₀, является выходная цепь транзистора VT3, включенного по схеме с ОЭ_г (рис. 7.4, а). Выходно дифференциальное сопротивление Rq этих схем велико, так как роли Rq выступает выходная цепь каскада с 0Э_F, в котором присутствует дополнительная ОС, обусловленная незаземленностью базовой цепи транзистора VT3. В результате

Rq = Rвыхоэf= (1+g21fRf)/g22f, где g21f, g22f – значение параметров g21 g22 в условиях заземленности цепи базы, g21f=g21 / Fоб Fоб= 1+g11Rб; Rб=R1R2 / (R1+R2)

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных