М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 34
Текст из файла (страница 34)
И в самом деле, у каждого транзистора в эмиттере есть динамическое сопротивление г,, как мы впервые увидели это в разделе 5.12.2 в связи с эмиттерным повторителем. В параграфе 6.3 было показано, что г, напрямую связано с крутизной транзистора я 1 г = —, если е„— в миллиамперах/вольт, то г, — в килоомах. 8 Дифференциальный усилитель 185 ав Рис. 8.7 Дифференциальный усилитель с разными сигналами на входах. Сим- волическое изображение транзисторов включает эквивалентное сопротивле- ние г эмитгерного перехода )|1(у~п(1) 11п(2)) У = -1 1)Г1 2 г„ Поэтому, подставляя 8 = !/г,, имеем: Бв)Г1 (К1п(1) '1п(2)) У аы 2 (8.7) Как и в однокаскадном усилителе с транзистором, включенным по схеме с обшим эмиттером, коэффициент усиления напряжения имеет вид произведения крутизны на сопротивление нагрузки.
Эффективная крутизна дифференциального усилителя 8 „оказывается равной половине крутизны любого из транзисторов в отдельности, то есть Мы видим, таким образом, что дифференциальный усилитель реагирует на разность потенциалов между его входами. Обратите внимание, что если 1„„, положительнее у1 „1, то выходной сигнал отрицателен, а если к1 „, положительнее у „„, то выходной сигнал положителен. Вот почему вход (1) называется инвертируюшим входом, а вход (2) — неинвертируюшим. Дифференциальный коэффициент усиления напряжения равен — 8п,Р1 Ага = = ', 8 — в миллиамперах/вольт, 1|п(1) 11п(2) Я, — в килоомах.
(8. 8) 186 Низкочастотные сигналы, настоянный так и дифференциальный усилитель 40Ул Ка(еа) поэтому 40.(г 8н(„) = — = 10~г (ток 1г, текуший по эмиттерному резистору, — это сумма двух равных по величине эмиттерных токов). Значит, (8.9) И) Т В последних соотношениях Х вЂ” средняя постоянная составляющая эмиттерного тока каждого транзистора (в миллиамперах), а ( — средняя постоянная составляющая тока в резисторе Яэ (в миллиамперах).
В параграфе б.8 мы видели, что проходная характеристика одиночного каскада на транзисторе, включенном по схеме с общим эмитгером, суще- ( 2 (лзА) 600 050 У (мв] 50 0 50 Напряженна аиееа(чнанальиагс ви м (чв) Рис. 8.3. Сравнение типичных проходных характеристик лля (а) олиночного каскада на транзисторе, включенном по схеме с обшнм эынтгером, и (0) лля дифференпиального усилителя.
В каждом случае изображены зависимости коллекторного тока от входного напряжения, иэ которых следует ббльшая линейность дифференпиального усилителя. Дифференииальнмй усилитель 187 отвеина нелинейна из-за экспоненциальной вольт-амперной характеристики диода, образованного базой и эмиттером. Крутизна непрерывно меняется в зависимости от мгновенного уровня сигнала, так как изменяется эмиттерный ток, что приводит к искажениям в сигнале.
Интересно отметить, что — с другой стороны — дифференциальный усилитель по своей природе линеен по отношению к малым входным сигналам. Это происходит потому, что с увеличением эмитгерного тока Т, эмитгерный ток 7; должен уменьшаться, так как сопротивление эмиттерного резистора Я, много больше, чем г, и поэтому цепь, содержащая резистор Яи ведет себя как источник постоянного тока. Любое увеличение 8, обусловленное ростом эмизтерного тока Т,, компенсируется соответствующим уменьшением 8 в Т,. Это справедливо только для малых сигналов, но все же дифференциальный усилитель является значительно более линейным, нежели схема с общим эмиттером, и это можно видеть на рис.
8.8, где для сравнения приведены две проходные характеристики. У дифференциального усилителя линейный диапазон простирается в пределах приблизительно + 25 мВ по оси дифференциального входного сигнала. 8.4.3 Подавление синфазного сигнала и уменьшение дрейфа Из приведенного рассмотрения нам известно, что дифференциальный усилитель обладает очень малым коэффициентом усиления, когда на оба входа подан один и тот же (синфазный) сигнаа, но чувствителен и имеет большой коэффициент усиления по отношению к разности потенциалов между входами (к дифференциальному сигналу). Подводя итог выполненным вычислениям, мы получаем для основной схемы усилителя на рис. 8.5: коэффициент усиления напряжения синфазного сигнала -Я, ! Аесм = — =- —, 2Яз 2 а дифференциальный коэффициент усиления напряжения равен Аго м — 107гЯ, = -10х2х4,7 = — 100.
Одним из следствий колебаний температуры является изменение напряжения база-эмиттер. В простом усилителе постоянного тока, например в таком, какой показан на рис. 8.4, это приводит к дрейфу выходного напряжения. Однако в случае дифференциального усилителя, в предположении идентичности транзисторов, подвергаемых одному и тому же температурному воздействию, изменение напряжений база-эмиттер на их входах будет одинаковым и, следовательно, эти изменения будут проявляться на выходе всего лишь уменьшенными в число раз, равное небольшому коэффициенту усиления синфазного сигнала.
Полезный же сигнал подается на входы дифференциального усилителя как разностный сигнал и усиливается в число раз, равное большому по величине дифференциальному коэффициенту усиления. У большинства источников сигнала один вывод заземлен; простейший 188 Низкояасгпогпные сигналы, постоянный гпок и дифференциальный усилитель способ подключить такой источник ко входам дифференциального усилителя в режиме подачи разностного сигнала заключается в том, чтобы заземлить один из входов дифференциального усияителя, а другой вход соединить с «сигнальным» выводом источника сигнала. Ценное свойство подавления дрейфа при этом сохранится.
Стандартный метод оценки «качества» дифференциального усилителя состоит в измерении относительного аслабленая сипфазпого сигпала (ООСС), равного отношению дифференциального коэффициента усиления напряжения к коэффициенту передачи напряжения синфазного сигнала: ООСС = (8,10) 4гсм в рассматриваемом случае, принимая во внимание найденные числовые значения соответствующих величин, имеем: ООСС = = 20!гЯз = 200 (I — в миллиамперах, 10(гя, х2Л, гт, — в килоомах). Обычно ООСС выражается в децибелах: ООСС =20!о8,ь( '" ~ дБ. 1, Агсм г (8.11) Заметьте, что здесь используется множитель 20, поскольку принимаются во внимание коэффициенты усиления напряжения, а не мощности.
Таким образом, у нашего усилителя ООСС равняется 20 х 2,3 дБ = 46 дБ. Это не очень большая величина с точки зрения современных стандартов, согласно которым типичными являются 80 — 100 дБ. Легче всего улучшить ООСС, увеличив сопротивление Я, в цепи эмиттера, но зто потребует источника питания с большим напряжением — И, если нужно будет поддержать ток, текущий по Яп неизменным. К счастью, существует замечательный способ решить эту проблему, и заключается он в использовании транзистора в качестве генератора стабильного тока.
Идеальный генератор постоянного тока обладал бы бесконечным сопротивлением. Транзистор по своим свойствам приближается к идеальному генератору тока, поскольку типичное значение его выходного сопротивления 1гг и равно 100 кОм (см.
параграф 6.8). Огромное преимущество транзистора по сравнению с эквивалентным резистором состоит в том, что с его помощью можно поддерживать общий ток в цепи эмиттеров постоянным без применения высоковольтных источников питания. Генератор стабильного тока является, по существу, стабилизированным по постоянному току каскадом, в котором транзистор включен по схеме с общим эмитгером; эта схема показана на рис. 8.9 в эмитгерной цепи дифференциального усилителя. )Телитель напряжения, состоящий из резисторов Я„Я и диода Оп залает потенциал базы транзистора, который на 1 В выше потенциала шины отрицательного питания.
Вычитая 0,6 В, которые должны падать на переходе база-змиттер, получаем, что на эмиттерном резисторе А, Дифферент(иальный усилиогель 189 величиной 220 Ом должно падать напряжение 0,4 В. Следовательно, эмиттерный ток будет равен 0,4гг 220 А (примерно 2 мА); таким образом, благодаря генератору стабильного тока в цепи эмиттеров дифференциальной пары течет суммарный ток р,, равный 2 мА. Применение диода Ю, в нижнем плече делителя напряжения обеспечивает температурную компенсацию. Разность потенциалов иа диоде падает с ростом температуры точно так же, как это имеет место с разностью потенциалов между базой и эмиттером, так что в широком диапазоне температур приложенное к базе напряжение согласуется с тем, какое требуется транзистору для поддержания тока эмиттера равным 2 мА. В интегральных микросхемах роль диода может играть точно такой же открытый переход база-эмитгер (транзистор с замкнутыми накоротко коллектором и базой — Прим.
нерее.), что приводит к идеальному отслеживанию температурных изменений; такую схему называют токовым зеркалом. ов Рис, 8 9 Дифференциальный усилитель с транзисторным генератором стабиль- ного тока в эмиттерной испи. Когда в эмитгерной цепи дифференциадьного усилителя включен генератор стабильного тока, можно дать очень простое качественное объяснение работы усилителя в целом. Входные сигналы ие могут изменить суммарный ток т' в эмитгериой цепи, оии могут только по разному распределять его между транзисторами. Следовательно, при тождественно одинаковых у, „и у „, (синфазиый сигнал) никакой из коллекториых токов ие меняется й выходной сигнал ие возникает. Сигиая на выходе появляется только в том случае, когда у н и у „, различны: при этом в один из транзисторов будет отводиться большая доля !90 Низкочастотные сиеналы, постоянный ток и диЧхреренциальный усилитель суммарного тока эмитгеров, нежели в другой. Например, если ч, „, положительнее у„„,, то коллекторный ток транзистора Т, станет больше за счет транзистора Т, и произойдет отклонение 1...
в отрицательную сторону. 8 4.4 Симметричный выход ООСС можно увеличить еше больше, снимая выхолной сигнал между коллекторами (рис. 8.!О), а не между одним из коллекторов и землей. В этом случае подавление синфазного сигнала ограничивается только степенью симметрии между транзисторами; теоретически, коэффициент усиления синфазного сигнала равен нулю, если транзисторы и коллекторные нагрузки идентичны. В частности, симметричный выход полезен, когда нагрузка не заземлена; например, между коллекторами можно включить вольтметр, и получится простой электронный милливольтметр с очень малым дрейфом. Рнс. 8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
