L_9 (Конспекты лекций), страница 2

Входное сопротивление для синфазной составляющей сигнала определяется сопротивлением цепи эмиттера R э .r= ( β + 1) R эвх.синфТак как сопротивлением цепи эмиттера R э намного больше сопротивления r э , тоr вх.синф >> r вх.дифВывод. Входные сопротивления ДУ зависят от параметров транзистора,от сопротивления генератора стабильного тока.3. Особенности дифференциального и синфазного режимов в схемеДУ.

ООС в ДУ.Важной особенностью ДУ является тот факт, что режим его работы приусилении дифференциального и синфазного сигналов различен:1. Если на входе ДУ действует дифференциальный сигнал, то возрастание тока через один из транзисторов (рис.9.2) сопровождается уменьшениемтока через другой, в результате ток через резистор R э остается неизменным.Следовательно, в режиме дифференциального сигнала ООС отсутствует и резистор R э не влияет на коэффициент усиления ДУ в целом.2. Если на входе действует синфазный сигнал, то на резисторе (R э ) в цепи эмиттеров VT1 и VT2 по переменной составляющей создается падение напряжения:Iэ1+ I 2 = 2I э ;U = 2I э R э.эЭто напряжение является напряжением отрицательной обратной связи,то есть усиление синфазного сигнала происходит при наличии отрицательной обратной связи и чем она глубже, тем меньше коэффициент усилениясинфазного сигнала.Таким образом, важной особенностью ДУ является тот факт, что онусиливает дифференциальный (рабочий) сигнал, а синфазный ослабляет.Чем глубже ООС, тем сильнее ослабляется синфазный сигнал.Увеличить ООС можно увеличением сопротивления резистора R э .10К сожалению, увеличение Rэ не всегда целесообразно: увеличиваетсямощность, рассеиваемая на нем, увеличивается падение напряжения на эмиттерах транзисторов, а в интегральном исполнении схемы ДУ степень интеграции интегральной схемы снижается: активные элементы занимают многоместа на кристалле ИС.С учетом названных недостатков в современных схемах ДУ используютдифференциальное сопротивление дополняющего транзистора VT3 (рис.9.6).В пределах пологого участка вольтамперных характеристик биполярноготранзистора большим изменениям напряжения соответствуют незначительные изменения тока, что говорит о большом дифференциальном сопротивлении дополняющего транзистора VT 3 , ток базы которого задается с помощьюрезистора R б5 .

Следовательно, схему на транзисторе VT 3 можно рассматривать как генератор тока, сопротивление которого очень большое.Rк1UвыхaVT1Uвх1+ЕпRк2Rнб1bVT3Епi4VT4iвыхVT2Ri1Rб5VT3i3VT1Uвх2i5Uвх1i2VT2i6VT5VT6Uвх2RэРис.9.6Рис.9.7.В этом случае коэффициент ослабления синфазного сигналаКосл=К дифr= г.К синф r эТаким образом, за счёт сопротивления генератора удаётся значительноослабить действие синфазного сигнала.11В современных схемах ДУ в качестве нагрузки в коллекторных цепях иисточника тока в эмиттерных цепях используются токовые зеркала. В качестве примера схемы ДУ с генератором тока в виде токового зеркала приведена схема на рис.9.7. Анализа схемы на рис.9.7.

не дано: схема приведенатолько в качестве примера. О токовых зеркалах смотри в лекции 7.4. Принцип действия, технические характеристики ДУ на полевыхМОП-транзисторах.На рис.9.8. представлена схема ДУ на МОП-транзисторах с индуцированным n-каналом. Основное отличие режимов входных цепей ДУ на биполярных и полевых МОП-транзисторов является то, что входные цепи МОПтранзисторов не потребляют токов.Подробный анализ работы схемы ДУ был проделан на примере схемыДУ на биполярных транзисторах, поэтому в данном случае остановимсятолько на особенностях работы ДУ с использованием полевых транзисторов.+ЕсRс1Rс2UвыхабUвых1Uвых2VT2Uвх1Uзи1VT1Ic1Uзи2I0Ic2ГСТРис.9.8.Uвх212Схемы замещения входных цепей для дифференциального и синфазногосигналов даны на рис.

9.9 и 9.10 соответственно.1. Рабочая точка для обоих транзисторов задаётся генератором стабильного тока. В современных разработках схем ДУ в качестве ГСТ используются«токовые зеркала» (рис.9.7).Примечание. Информацию о токовых зеркалах смотрите в лекции 7.к резистору Rс1Uвых11Uзи1к резистору Rс1к резистору Rс2Uвых2VT1Uвых1VT2Uзи1Uзи2I0Ic1к резистору Rс2VT1Ic1Ic2Uвых2VT2Uзи2I0Ic2ГСТГСТРис.9.10Рис.9.9.2. В соответствии с первым законом Кирхгофа I с1 + I с 2 = I 0 .СчитаемсхемуДУ(рис.9.8)симметричной:I = I с 2 = 0,5 I 0 ;. U зи1 =U вх1 ; U зи2 =U вх2; U зи1= U зи2 .с1R с1 =R с2 ;3.

Выходные напряжения:вых1= Е с − I с1 R с1;вых 2= Е с − I с2 R с2 .UUТак как схема ДУ симметрична, то усиления синфазного сигнала не происходит: при действии синфазного сигнала напряжения на обоих входах изменяются на одну и ту же величину, при этом токи в каждой ветви схемы остаются без изменения. Следовательно, выходные напряжения также останутся без изменения:Таким образом, полное подавление синфазного сигнала происходит втом случае, если ток генератора стабильного тока делится поровну между левой и правой ветвями схемы ДУ.134. Если на входе ДУ дифференциальный сигнал получил приращение±∆U зи , то и токи I c1 и I c2 изменятся:с1= 0,5 I 0 + ∆I с1;с2= 0,5 I 0 − ∆I с 2 .IIСумма же этих токов остаётся неизменной и равняется току ГСТ (I 0 )Iс1+ I с2 = I 0 .Те же перемены произойдут и с напряжениями на выходе U вых1 и U вых2 :вых1= Е с − (0,5 I 0 + ∆I c1) R c1;вых 2= Е с − (0,5 I 0 − ∆I c 2) R c 2 .UUUвых= U вых 2 − U вых1.Таким образом, схема ДУ усиливает только дифференциальные составляющие сигнала.Коэффициент усиления дифференциального сигнала (рис.9.9).Переменные составляющие тока стокаie= − i c 2 = S диф .c12Коэффициент усиления по напряжению каждого плеча схемы ДУUUвых1вых2= i c1 R c = − SR c= i c 2 R c = − SR ceдиф,2eдиф.2Коэффициент усиления ДУК = 2 SR c 2eдиф SR .= c .2Коэффициент усиления синфазного сигналаПри действии синфазного сигнала оба входа ДУ оказывается под однимпотенциалом (U зи1 = U зи2 ).

Токи i c1 и i c2 равны и имеют одно направлениеic1= i c 2 = 2 SU зи .Uзи= е синф − i c r г = е синф − 2 SU зи r г , отсюда определим напряжение U зи14Uзи=eесинфсинф где r ─ сопротивление генератора стабильногог≈,1 + 2 Sr г2 Sr гтока (ГСТ).Выходные напряжения в режиме синфазного сигналаUвых1= U вых 2 = SR c U зи ≈Rcесинф .2r гОпределим коэффициент усиления синфазного сигнала с нессиметричного выходаКR= c1 .синф 2r гСопротивление генератора тока гораздо больше сопротивления резистора R c , следовательно, коэффициент усиления синфазного сигнала мал.В случае, если сигнал снимаем с симметричного выхода при идеальнойсимметрии, тоUвых= U вых1 − U вых 2 = 0.Коэффициент ослабления синфазного сигнала (рис.10)Косл=К дифК синф=Sr г.2В идеально симметричном ДУ коэффициент ослабления синфазногосигнала равен бесконечности.Входное сопротивление ДУ, выполненного на полевых МОПтранзисторах значительно больше, чем у ДУ на биполярных транзисторах5.

ДУ в интегральной схемотехнике.Дифференциальные усилители на биполярных и полевых транзисторах являются важными функциональными узлами аналоговых интегральных схем:все элементы ДУ в интегральном исполнении расположены в непосредственной близости друг к другу, что обеспечивает идентичность их параметров.6.Теоретическое обобщение по теме.Если у ДУ на биполярных транзисторах главная составляющая напряжения U см обусловлена разбросом тепловых токов эмиттера, то у ДУ на МОПтранзисторах главная составляющая напряжения U см обусловлена разбросомпороговых напряжений и удельной крутизны. Причём дело не только в зависимости параметров от геометрии и электрофизических свойств кристалла,15но и от состояния поверхности кристалла, которое контролировать весьма непросто. Поэтому значения напряжения U см у ДУ на МОП-транзисторах получаются больше, чем у биполярных ДУ.Контрольные вопросы1.

Какая разница между симметричным и несимметричным ДУ?2. Какие недостатки несимметричных схем ДУ Вы знаете?3. Какие преимущества имеет ДУ перед обычным каскадом усилителя?4. С какой целью схема ДУ усложняется заменой обычного резистора вцепи эмиттеров генератором стабильного тока (ГСТ)?5. Оцените падение напряжения по постоянной составляющей тока навнутреннем сопротивлении транзистора в схеме ГСТ.6. Дифференциальное сопротивление транзистора в схеме ГСТ составляет примерно около 10 МОм.

Объясните, почему считают нерациональнойзамену сложной схемы ГСТ на обычный резистор того же номинала?7. Почему в схеме ДУ режимы при усилении дифференциального исинфазного сигналов принципиально отличаются?8. Как будет зависеть коэффициент усиления синфазного сигнала от величины сопротивления R э , включенного в схему ДУ (рис.3.2) вместо ГСТ.9.

На крутом или пологом участке ВАХ работает транзистор VT 3 вГСТ? (рис.3.5)?10. Зависит ли дифференциальное сопротивление VT 3 (рис.3.5) от положения его рабочей точки (РТ) на ВАХ?11. Какими элементами схемы задаются РТ на ВАХ всех транзисторов всхеме ДУ?12. В режиме дифференциального или синфазного сигнала в схеме ДУдействует отрицательная обратная связь (ООС)?13. Для какого режима действие ООС играет благоприятную роль?14. От каких факторов зависит величина коэффициента подавлениясинфазного сигнала?15.

Где применяются схемы нессиметричных ДУ?.