Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Если в уравнении (13.10) обозначить ен — е;2 = е;л, тогда коэффици- ент усиления А, часто называемый дифференциальным коэффициентом ~~~3$6 Глава 1Я. Дифференциальные и онерационнме усилители усиления и обозначаемый Ал, будет равен иь Ал = —. им (13.11) Пример 13.1. Какой постоянный эмиттерный ток у каждого транзистора в дифференциальном усилителе на рис. 13.8? Вычислить постоянное напряжение на каждом коллекторе по отношению к земле. Чему равно к' ьь? Решение.
Суммарный ток 1т через резистор 3 кОм равен (~уяя~ — увя) - Ряя/Ля = 12 В/Зк = 4 мА. кья Эмиттерный ток 1я каждого транзистора /11 1я= ~ — ) 1т=2мАюХс, ~ 2) Ъсю = Ъсс — 1сВс = 12  — 2 х 10 з х 4 х 10з = 4 В. Вследствие симметрии 1яяз так же равно 4 В, т.е.
$ь„ь = (Усяз — роя~) = 0 В. ДиЯ>еренциальное входное сопротивление Дифференциальное входное сопротивление чгв (или импеданс) определяется как эквивалентное сопротивление каждого входа при 4 кОм 4 ком заземлении ДРУгого вхоДа. Входной импеданс Я; малосигнального уоис усилителя с ОЭ (рассмотрен в гл. 4) равен О О У гп = Яе = Цтя + г,'), (13.12) где )3 — коэффициент усиления транзистора по току, и гя — сопротивление пе- 3 кОм ременному току, наблюдаемое с эмиттера. гя = г,' (рис. 13.6, б), тогда уравнение -12 В (13.12) дает ге —— ,0(г' + ~') или Рис. 13.8.
г, = 2рг,'. (13.13) Уравнение (13.13) также относится и к входному сопротивлению другого входа. Здесь следует упомянуть, что ге' в уравнении (13.13) достз точно высокое ( кОм), потому что суммарный ток эмиттеров в диффе ренциальных усилителях чрезвычайно мал ( мкА).
Так как г, '= 25 мВ/Хя, то при токе эмиттера 10 мкА г,' = 2,5 кОм и В = 100 уравнение (13.12) дает значение входного сопротивления дифференциального усилителя 0,5 МОм. уй Выходное сопротивление (ил«недано) Выходное сопротивление определяется как сопротивление, измеренное на каждом выходе по отношению к земле. Очевидно, что при измерении выходного сопротивления г,» усилителя между коллектором С1 и землей оно будет равно Вс. И вследствие симметрии »о1 = г»2 .~С.
(13.14) Уравнения (13.13) и (13.14) — удобно применять на практике для проектирования дифференциальных усилителей. ) 3.3. Инвертирующий и неинвертирующий входы Рис. 13.6, в показывает изменение выходного переменного напряжения, совпадающего по фазе с входным сигналом и«1. Это значит, что сигнал, приложенный к базе Яь дает выходной сигнал без инверсии фазы. Следовательно, вход ип — неинвертирующий вход. Наоборот, сравнение выходного переменного напряжения (рис. 13.7, б) с входным напряжением о«в (рис. 13.7, а) показывает их разность по фазе на н.
Это значит, что сигнал, приложенный на вход транзистора Яз, производит инвертированный выходной сигнал. Вход и;з называется инвертирующим входом. Таким образом, все дифференциальные усилители имеют два входа, инвертирующий вход (обычно обозначается как « — ») и неинвертирующий вход (обычно обозначается «+»). ) 3.4. Коэффициент ослабления синфазного сигнала Важным свойством усилителя с симметричным входом и выходом является его способность подавлять любой постоянный или переменный сигнал, который появляется на его входах синфазно.
В идеальном случае, при любом одинаковом по величине сигнале, одновременно присутствующем на обоих входах, было бы нулевое выходное напряжение. В реальности, однако, из-за некоторого несовпадения элементов двух каскадов с ОЭ, подавление синфазного сигнала неполное. Способность дифференциального усилителя подавлять синфазные сигналы выражается его коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС). КОСС определяется как отношение значения дифференциального коэффициента усиления Ае к коэффициенту усиления синфазного сигнала Асм.
То есть (13.15) КОСС = 1Асм! ~~~358 Глава 1у. Ди44еренциаяьные и операционные усилители Часто КОСС выражается в деци- +осс белах. Можно записать КОСС= 201я = . (13.16) )Ал( !Асм~ Дифференциальный коэффициент усиления Ал можно легко измерить (см. уравнение (13.11)). Асм можно и!= определить, подключив известное напряжение иц „) к обоим входам, как это показано на рис. 13.9, и измерив выходное напряжение ио1 ). Тогда коэффициент усиления синфазного сигнала Асм равен кее ио(соь) Асм = (13 1т) Рис. 13.9.
дифференцяальвый усвлкидст) тель в синфазком включении В идеальном случае и,(, ) будет равным нулю и Асм = О, а КОСС бесконечно большой. На практике, для лучшего подавления синфазных сигналов больше преимуществ при применении дифференциального усилителя с большим КОСС. КОСС является показателем качества дифференциального усилителя. Так как первый входной каскад операционного усилителя — — дифференциальный усилитель, можно осознать значимость КОСС.
13.5. Дифференциальный усилитель с симметричным входом и несимметричным выходом Эта конфигурация использует два входа, а выходной сигнал снимается только с одного коллектора по отношению к земле. На рис. 3.10 представлена схема с выходом с коллектора Сг. Отметим, что выходной сигнал, независимо от входного сигнала, всегда содержит постоянную составляющую. Вспомним, что когда выходной сигнал снимается с двух коллекторов (с симметричного выхода), постоянные напряжения нейтрализуются и постоянная составляющая равна нулю.
Анализ на постоянном токе Так как схемы смещения усилителей с симметричным выходом и с несимметричным выходом одинаковы, их анализ по постоянному току буде~ одинаковым. Для усилителя с симметричным входом и несимметричным выходом выражения для тока покоя 1Со, напряжения покоя уСнсь выведенные Ро' нее уравнения, а именно (13.3) и (13.6) можно применить напрямую. о.б.у р *д р е ЗДя Анализ на переменном токе При анализе на переменном токе усилителя с симметричным входом и симметричным выходом выходное напряжение было выражено т.е. уравнением (13.10) ио = Аеи,л.
И, так как Ае = 4г, имеем Е Лс. еы по= 1 гЕ где им — разность двух входных напряжений. Кг Вспомним, что в усилителе с симметричным выходом выходной сигнал снимается с двух коллекторов, на которых ее переменные сигналы с одинаковой амплитудой отличаются по фазе на к. В данной Рис. 1з.го. дифференциальный же конфигурации, выход снимается с од- уснхнтееь е енм~е~рнч~ входом и несимметричным выходом ного коллектора по отношению к земле (к нулевому потенциалу).
Следовательно, выходное напряжение ио усилителя с симметричным входом и несимметричным выходом равно 1Л„- сов 2 ге ио .ЙС и' = иы 2гЕ (13.18) гп = асс. Выходное сопротивление г„измеренное на коллекторе Сз, по отношению к земле равно Вс (рис. 13.10): го = Лс. Другими словами, коэффициент усиления усилителя с симметричным входом и несимметричным выходом составляет половину коэффициента усиления предыдущей схемы.
Отметим, что присутствие в выходном сигнале усилителя постоянного напряжения нежелательно. Чтобы сместить это постоянное напряжение до нуля, выход усилителя подключается к другой транзисторной схеме, к схеме сдвига уровня. Входное сопротивление усилителя не зависит от способа съема выходного сигнала, поэтому его можно определить по уравнению (13.13). Единственное отличие усилителей, показанных на рис. 13.5 и 13.10 — это способ, которым снимается выходной сигнал. Входное сопротивление равно ~~~360 Глава 1о.
Дифференциальные и операционные усилигаели 13.6. Дифференциальный усилитель с несимметричным входом и симметричным выходом В этой конфигурации входной сигнал прикладывается к базе транзисто. ра Я1, а другой вход заземляется. Выходной сигнал снимается с двух коллекторов. Вследствие симметричности схемы оба коллектора находятся под одинаковым постоянным потенциалом — следовательно, в выходном сигнале отсутствует постоянная составляющая. Усилитель изображен на рис. 13.11.
Анализ этого усилителя на постоянном токе такой же, как и длл других дифференциальных усилителей. Следовательно, для этого усилителя действуют уравнения тока покоя и напряжения покоя (13.3) и (13.6). Эти уравнения следующие: 1 нее иВе) лЕ = лСО = ~ гСЕ = гСЕя = гСС+1ВŠ— лСльС. 2ВЕ и х х н и а с н х Рис. 13.11. Дифференциальный уси- литель с несимметричным входом и симметричным выходом Рис. 13.12. Формы входного и выходного напряжений дифференциального усилителя с несимметричным входом и симметричным выхо- дом Коэффициент усиления по напряжению А тоже можно записать из уравнений (13.7) и (13.8), описывающих анализ на переменном токе, действительный для данной конфигурации. Имеем А = е /ие = Вс/г,'.
Рис. 13.12 изображает формы входного и выходного сигналов. Далее, выражения для входного сопротивления и выходного сопротивления (импеданса) те же, что и для дифференциального усилителя с симметричным входом и симметричным выходом. л.В. лила щ лу ру р т лл'Зл ! 3.7.
Дифференциальный усилитель с несимметричным входом и несимметричным выходом При такой конфигурации входной сигнал прикладывается к базе любого транзистора, а с коллектора любого транзистора снимается сигнал. Па рис. 13.13 показана одна из возможных схем. Коэффициент усиления такого усилителя совпадает с коэффициентом дифференциального усилителя с симметричным входом и несимметричным выходом, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
