![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Дифференциальные усилители
Для реализации дифференциального включения транзисторов удобно рассмотреть возможность соединения двух схем УПТ с эмиттерной стабилизацией (рис.14.3.).
Рис.14.3. Два каскада УПТ с эмиттерной стабилизацией, соединенные последовательно по схеме ОК-ОБ В этом случае вместо двух резисторов Rэ в схеме остается один общий резистор, а выходной сигнал появляется возможность снимать как раздельно так и совместно с обоих транзисторов. Транзисторы при этом можно считать включенным последовательно по типу ОК – ОБ. Заметим, что тип межкаскадного соединения в многокаскадном УПТ - ОЭ- ОЭ. При создании схемы ОК-ОБ получается двухкаскадный усилитель с эмиттерной связью через общий резистор Rэ. Такой усилитель содержит два входа, два выхода и будет способен усиливать разность сигналов, подаваемых на его оба входа. Коэффициент усиления такого усилителя для дифференциального сигнала можно определить используя известное выражение
Где в ходное сопротивление каскада представляет собой сопротивление параллельного соединения резисторов R1, R2 и сопротивления входной цепи транзистора rвх, причем для УПТ в выражение для rвх включается сопротивление Rэ и R вх определяется как
Для получения практически значимой величины коэффициента усиления необходимо из схемы исключить сопротивление Rэ, и, точнее говоря устранить паразитную ООС, которая возникает из-за падения сигнала на этом резистора. Поскольку Rэ является основным элементом цепи температурной стабилизации по постоянному току, то его простое исключение невозможно. Однако в схеме ДУ для переменного тока создается обходной путь через другой транзистор дифференциальной пары. Это приводит к тому, что в ДУ для каждого из транзисторов имеется включенное параллельно по отношению к Rэ входное сопротивление другого транзистора, включенного по схеме с ОБ. Поскольку rвхоб = rэ, в выражении для Rвх вместо сопротивления Rэ оказывается включенным Rэ|| rэ. В результате Ku увеличивается и составляет величину 50-100, как и в одиночном усилителе переменного тока, в котором параллельно Rэ включен конденсатор Cэ, также выполняющей аналогичную задачу устранения ООС по переменному току. На рис.15.4 а) показан общепринятый вид такого усилителя, который представляет собой дифференциальный усилительный каскад (ДУ), который достаточно просто реализуется в виде монолитной ИМС. В таком усилителе возможно весьма эффективное уменьшения дрейфа нуля УПТ и получение большого коэффициента усиления. Для питания ДУ обычно используются два источника питания, напряжение которых равны по модулю. Использование источника питания Дифференциальный каскад в общем случае можно рассматривать как сбалансированный мост, два плеча которого образованы резисторами При полной симметрии схемы изменение напряжения питания и изменение температуры воздействует синфазно на токи обоих транзисторов, то есть не нарушает баланса моста и выходное напряжение остается без изменения. а) б) Рис.14.4 Дифференциальный усилитель а) с резистором Rэ и б) источником стабильного тока в цепи эмиттера дифференциального каскада.
Следовательно, в идеальной симметричной схеме ДУ дрейф нуля должен отсутствовать. В реальной схеме ДУ дрейф нуля в 10…100 раз меньше чем в схеме усилителя типа ОЭ - ОЭ. Если сигналы на обоих входах ДУ равны по амплитуде, форме и фаз, то их называют синфазными. Если на входы ДУ подаются сигналы, имеющие равные амплитуды и форму, но противоположные по фазе, то такие сигналы называют дифференциальными. В режиме покоя при отсутствии входных сигналов в коллекторных цепях транзисторов VT1 и VT2 протекают коллекторные токи Резистор Rэ, включенный в цепь эмиттеров, создает последовательную обратную связь по току, стабилизируя рабочую точку транзисторов. Стабилизация режима за счет ООС на резисторе Rэ тем выше, чем выше сопротивление Rэ и идентичность характеристик и параметров транзисторов. Обычно вместо Rэ в цепь эмиттеров транзисторов VT1 и VT2 включается генератор стабильного тока (рис. 14., б). При подаче на оба входа синфазных сигналов, изменение
Рассмотри работу ДУ при подаче на оба входа усилителя дифференциальных сигналов (в простейшем случае одинаковых и противофазных). Предположим, что на входе Противофазные напряжения на входах ДУ вызывают противофазные изменения эмиттерных токов. В симметричной схеме их изменения взаимно компенсируются, и через резистор Rэ протекает постоянный ток Выходной сигнал снимаемый в диагонали моста с коллекторов транзисторов VT1 и VT2 называется дифференциальным
Размах выходного напряжения Uвых может изменяться от положительного до отрицательного значения и ограничивается напряжениями источника питания. Так как для дифференциального входного сигнала в любой момент напряжения на коллекторах транзисторов VT1 и VT2 будут находиться в противофазе, то на нагрузке происходит выделение удвоенного выходного сигнала. Таком образом резистор Rэ образует отрицательную обратную связь только для синфазного сигнала. Качество работы ДУ характеризуется коэффициентом ослабления синфазного сигнала Синфазный сигнал определяет диапазон входных напряжений, при подаче которых усилитель сохраняет способность усиливать малые дифференциальные сигналы. Большое синфазное напряжение приводит к нарушению линейности усилителя. Для получения большого коэффициента усиления дифференциального каскада необходимо увеличивать ток, протекаемый через транзисторы, и сопротивление резистора, включенного в цепь коллекторов. Увеличение токов, протекаемых через транзисторы VT1 и VT2, может привести к понижению входных сопротивлений транзисторов, что в свою очередь приводит к увеличению входных токов. А увеличение сопротивлений резисторов Повысить параметры дифференциального усилителя в принципе можно простым увеличением сопротивлений резисторов Rк и Rэ, но при этом уменьшится ток покоя транзисторов и, как следствие, ухудшится температурная и временнa я стабильность усилителя. Эффективный путь улучшения характеристик усилителя состоит в замене линейных резисторов источниками тока, обладающими высоким динамическим сопротивлением при достаточно больших токах. В частности, в качестве динамической нагрузки в цепи коллекторов транзисторов дифференциального усилителя широко используется так называемое токовое зеркало. Рис.14.5. Схема токового зеркала При таком включении Uкэ=Uбэ> Uкэ.нас. Следовательно, транзистор Т1 ненасыщен. Поскольку Uбэ1=Uбэ2, то при хорошо согласованных по параметрам транзисторах Iб1=Iб2=Iб и Iк1=Iк2=BIб, где B - статический коэффициент передачи тока. При этом Iвх= BIб +2Iб и Iвых= BIб (14.12) Отсюда Iвых= BIвх/(B+2) @ Iвх ( 14.13) Таким образом, выходной ток схемы почти повторяет входной, почему эта схема и называется токовым зеркалом. Использование токовых зеркал в качестве динамической нагрузки дифференциального каскада и в качестве источника тока в цепи эмиттеров позволяет получить коэффициент усиления входного дифференциального напряжения на одном каскаде свыше 5000 (при условии, что нагрузка на выходе усилителя отсутствует) и КОСС свыше 100 000 (100 дБ).
|