Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 59
Текст из файла (страница 59)
В этой конфигурации один вход заземляетса, а на другой вход подается сигнал. Выход снимается со второго коллектора (Сз на рис. 13.1) относительно земли. ) 3.2. Дифференциальный усилитель с симметричным входом и симметричным выходом На рис. 13.2 показана схема этого усилителя. В ней применяется эмит терное смещение. Вв — сопротивление источника напряжение.
Квк было рл рел Рис. 13.3. Дифференциальный уси- литель с симметричным входом и симметричным выходом Рис. 13.3. Эквивалентная схема для на- стоянного тока Выход в такой конфигурации называется симметричным, потому что оба коллектора по отношению к земле имеют одинаковый потенциал по постоянному току. Усилитель усиливает только разность входных напряжений, т.е. (оц — огя). Анализ на постпояннолл тпоне При анализе на постоянном токе наша цель найти ток 1се1 и напряжение 1тсее1 покоя транзисторов схемы. Ввиду симметричности схемы, достаточно определить эти значения для одного транзистора. Как правило, при анализе на постоянном токе мы заземляем источники переменного тока (уменьшаем их напряжение до нуля).
Эквивалентная схема по постоянному току приведена на рис. 13.3. Отметим, что напряжение на точке соединения эмиттеров (точка А в рис. 13.3), если пренебречь малым падением напряжения на резисторе 14, равно Ъ~е, а не 2$'Ве, потому что транзисторы соединены параллельно. Также, ток через резистор ВЕ равен 21е, так как эмиттерный ток ХЕ обоих транзисторов протекает через резистор Ве. Применив закон Кирхгоффа к цепи база — эмиттер транзистора Яы получим ЛВ1В + тВе + лье(21Е) — чЕЕ = о.
сказано, два входных сигнала оц и оез поданы на базы В1 и Во транзисторов Щ и тЕз. Выход оо снимается между двумя коллекторами С1 и Сз. Отметим, что по постоянному току потенциал обоих коллекторов Ст и Сз одинаковый, поскольку во всех дифференциальных усилителях подразумевается (и осуществляется в практике) полная симметрия. ~~~352 Глава 1в. Дифференциальные и операционные усилители Подставив 1В = 1с(13 1е(Д в уравнение (13.1), имеем (1'ЕЕ 1 ВЕ) (13.2) 2(ВЕ +ЯВ/~3) Обычно Яз~~д << 2йе и 1е = 1Сс3. Следовательно, (1 ЕŠ— 1 ВЕ) 1Е 1СЯ = 2ВЕ Уравнение (13.3) показывает, что резистор Ве устанавливает эмиттер- ный ток транзистора. При заданном напряжении $"ее выбором сопроти- вления Ве можно установить любой требуемый ток 1е, и соответствен- но, 1сд. Ток через резистор лье также называется суммарным током 1т, Имеем (13.3) (13.4) (13.5) РСС лаС1С+ "СЕ+ РА~ где Ъл — напряжение на точке А, и оно равно — 1 Ве, как было определено ранее.
Уравнение принимает вид: РСЕ( УСЕя) РСС + 1ВЕ 1СльС. (13.6) Уравнение (13.6) можно применить для вычи+"сс слепня напряжения бесед на рабочей точке. При в с разработке дифференциальных усилителей можно руководствоваться уравнениями с (13.3) — (13.6). ОтС~ метим, что на схеме рис. 13.3 оба коллектора С~ усв и Сз имеют одинаковый потенциал по постоянному току ввиду симметрии. Следовательно, постоянное выходное напряжение, снимаемое с двух коллекторов будет оставаться равным нулю, пока оба Рис. 13.4. Часть сяв- хода Равны нулю или имеют точно одинаковое наны, представленной на пряжение.
Важно отметить, ито поскольку схврис. 13.3 ма смеи1ения всех конфигураций дифференциальных усилителей одинакова, приведенный анализ ио но стоянному току применим и для других конфигураций. Анализ на переменном токе Чтобы параметры дифференпиального усилителя были удовлетворительными, требуется, чтобы суммарный ток эмиттеров был стабильным. При 1т = 21е, 1 1е = -1т. 2 Другая составляющая рабочей точки — напряжение $"сес.
Его определим из схемы на рис. 13.3, являющейся частью схемы рис. 13.4. Применив закон Кирхгоффа, имеем дд.д.я ддд д Р д д Здддд (13.7) сот = Аоп. Коэффициент усиления по напряжению А равен Вс Вс Вс А=А1+А2= —,+ —,= —,, 2г,' 2г,' г' ' (13.8) !2 †28 этом условии можно считать, что 1гнн и Вн (рис. 13.2) дают стабильный ток смещения и при анализе их можно заменить источником тока. Позднее в дифференциальный усилитель мы вместо них введем более совершенные источники тока.
Далее, для упрощения анализа отбросим сопротивление источника Вя, обычно Вя и так достаточно мало. Для удобства анализа схему на рис. 13.2 перерисуем в виде схемы рис. 13.5. Для анализа на переменном токе источники постоянного тока ззземляются, а источники постоянного тока разрываются (имеют бесконечное сопротивление). Соответственно, при этом анализе, источник т'сс считаем равным нулю и источник постоянного тока рассматриваем разорванным (через эту часть переменный ток не течет). Чтобы найти выходное напряжение, вызванное двумя входными переменными +кос напряжениями оп и с;2, можно применить принцип суперпозиции — будем рассма- Нс нс тривать только одно входное напряжения, считая другое заземленным (умень- с! о 2 шенным до нуля), потом повторим эту гэ! дд2 процедуру с другим входным сигналом. Затем алгебраически суммируются инди- Ип '1 Ю Ив видуальные вклады каждого входа на выходное переменное напряжение.
Источник Рис. 13.6, а представляет случай с за- постоянного — тока земленным тд82. Транзистор Ят образует усилитель с ОЭ и выдает усиленный ин- Рис. 13.5. Перерисованная схема вертированный сигнал на своем коллек- рнс. 18.2 с Унродненккмн (нет ня). Обратите внимание на источник торе по отношению к земле. Так как источ- постоянного тока ник тока 1т для переменного тока разорван, эмиттерный переменный ток транзистора гчгт течет через эмиттер транзистора Д2. Следовательно, транзистор Щ ведет себя как усилитель с ОБ, и на коллекторе транзистора д,г2 появляется синфазный усиленный сигнал. Отметим, что сигнал, снятый между двумя транзисторами усилен дважды; один раз усилителем с ОЭ (Ч!) и второй рзз — усилителем с ОБ (Я2).
Сигнал, появляющийся на эмиттере Ят, имеет ту же фазу и амплитуду, что и оп (эмиттерный повторитель). Следовательно, отдельный вклад одного первого источника ~~~354 Глава 1у. Дифференниальные и операционные усилители где А! — коэффициент усиления по напряжению усилителя с ОЭ Я1, который равен Вс Вс (Вн+ „,е) 2г! ' уз=о уп ок б) а) Рис. 13.6.
Формы сигнала, когда только одии вход (о,!) включен, а другой вход заземлеи (а). Часть схемы рис. 13.6, а иллюстрирующая, что змиттериый резистор Я! равен г,' транзистора Яз (б). Перемевиое выходное напряжение, измеренное между двумя коллекторами (е) Это так, потому что для Ц! эмиттерным сопротивлением Вн является ! транзистора Яз (рис.
13.6, б). Аналогично, для усилителя с ОБ Яз, Аг = = Вс/2г,'. Это так, потому что эффективным коллекторным и эмиттерным сопротивлениями для транзистора Яз являются, соответственно, Вс/2(= Вс~~Вс) и г,'. Переменное напряжение, снятое между двумя коллекторами, равно алгебраической разности двух сигналов, его форма пРеДставленнаЯ на Рис. 13.6, е. Отметим, что на Рис. 13.6, е ио! имеет ту же фазу, что и ии.
Далее повторяем вьппеописанную процедуру, сделав вход ест активным, а нп — заземленным (рис. 13.7, а). Яз работает как усилитель с ОЭ Я! — как усилитель с ОБ, Синфазный усиленный сигнал появляется на коллекторе транзистора я1, а инвертированный усиленный сигнал — на кол ый ЛООР гг г *д д 3Д лекторе ~2, как показано на рис. 13.7, а. Выходной сигнал переменного тока — алгебраическая разность этих двух коллекторных напряжений, его форма изображена на рис. 13.7, б. В соответствии с уравнением (13.7) вклад в переменное выходное напряжение от входного источника е22, подключенного при отсутствии сигнала от другого входа, равен 'оо2 = Ае22~ (13.9) где А = Яс/те'. Ро2 К2 б) а) Рис.
13.7. Форма сигнала, когда включен только один вход (ом), а другой звземлен (а). Сигнал переменного тока, измеренный между двумя коллекторами (о) Отметим, что выходное переменное напряжение (рис. 13.7, б), отличается по фазе от входного о,2 на н. Если одновременно подключены оба входных источника он и е;2, то по принципу суперпозиции выходное напряжение будет алгебраической суммой двух отдельных вкладов, т. е. Оо = Юо1+ Юоэ = АЕП вЂ” АЕ22 (13.10) со = А(оп — е;2). Уравнение (13.10) представляет коэффициент усиления по напряжению дифференциального усилителя с симметричным выходом. Уравнение (13.10) справедливо для любых соотношений амплитуд и фаз двух входных сигналов ен и е;2. Также отметим, что выходные напряжения пм И Ооэ ВСЕГДа ПРОтИВОфаЗНЫЕ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
