Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Однако нет такой точки, где весь ток протекал бы лько через один транзистор, а другой был бы полностью закрыт, рассмотрим еще один пример: 1, = 0,991ч и 1, = 0,0!1а. Имеем 0,01 = 11 + ехР !1Уг — Уоз)>Уг)) '* «.13) т е, У, — Уов = 115 мВ. Для 1, = 0,011ч и 1е = 0,991о аналогично получим У, — Усе = — 115 мВ. Даже в более общем случае, когда 1, = 0,999/ч и 1, = 0,0011ч, требуемое дифференциальное входное напряжение будет всего У, — Уов — — 173 мВ. Если источник тока дифференциального усилителя, вырабатывающий ток смещения 1ч, — идеальный источник постоянного тока, то 1ч не зависит от падения напряжения на нем и, следовательно, не будет зависеть и от входных напряжений Ув, и Увс Анализ выражений для 1, и 1, показывает, что если бы вели- чини 1ч была постоянной, то 1, и 1, были бы функциями только дифференциального входного напряжения, У, = Ув, — Ув„и абсолютно не зависели бы от любой сицфазной составляющей входного напряжения. Таким образом, усилитель действительно является дифференцггальным, или разносгггныхг, усилителем, реагирующим только на разность напряжений, поданных на его входы, В, и В,, и абсолютно не реагирующим на любое напряжение, общее для двух входов.
Дифференциальное входное напрнясение определено выше как У, = Ув, — Ув,. Теперь определим синфазное входное напряясенгге как среднеарифметическое двух входных напряжений, т. е, Усм = (Ув, + Ув,)/2. !1Ри Ув, = — Ув, синфазная составляющая входного напряжения равна нулю и входное напряжение будет чисто дафференциальным Если, с другой стоРоны, Ув, = Ув,, то Равна нУлю диффеРенциальнаЯ составляющая и входное йаггряжение будет чисто синфазным. 4 1.1.
Передаточные проводи>ности. Из соотношений для 1, н 1, н ~рафиков 1, и 1. в зависимости от У, видно, что с точки зрения зависимости между выходными токами 1, и 1г и входным напряже- У, дифференциальный усилитель является нелинейным устРойством, Однако в некоторой ограниченной области передаточной хаРактеРистики 1, (Уг) или 1, (У,) зависимость междУ т"хами и входным напряжением можно считать примерно линейНа рис.
4.3 видно, что входные напряжения, при которых "ередаточная характеристика пргимерно линейна, лежат в предела" от У, — У в = — 30 мВ до У; — Уо~ — — +30 мВ, следовательно, полный диапазон изменения входного напряжения равен "Рпчерно 60 мВ. Таким образом, с точки зрения зависимости меж 'кду переменным входным напряжением и переменными выходными 'гн токами дифференциальный усилитель при обработке пере- 246 Глава 4 менных сигналов леалой амплитуды можно считать практичес „ линейным устройством. В этом параграфе будут получены выражения для передаточ.
ных проводимостей дифференциального усилителя. Передаточн „ ароводилгость — это отношение изменения тока между парой люсов многополюсника к изменению напряжения между однои нз пар полюсов, которое вызвало изменение тока. Из рис. 4 4 та, 1~ ча, Хга, Рнс. 4.4. Напряжения н ео. кн Лнфференпиального 1сге лнтелн. где дифференциальный усилитель изображен и виде многополюс. ника, можно определить следующие передаточные проводимости: ег 601!г([та \ йы г( с1г( ~ (4.14) дг„, = с[[ьгг([тв„ д „ = т([а)т([Г„,.
Из последующих выкладок будет видно, что все эти передаточные проводимости дифференциального усилителя одинаковы по величине, так что [й1„) = [дг„) = ~дн,) = )дг„ [ = дп и отличаются только знлко,г. Выше выражение для т'г дано в виде !о 1+ елр [ — (т', — Увар(тт) где [тг = )тл, — [та,, поэтому г('т' Л' г('т' Л'г (4 1б) Тогда, продиффереяцировав выражение (4.15), получим 1г НЯт) ехр [ — (1'г — 'тол)ГМт) 1+ ехР [ — ((тг — Роай Рт1 е~ит ) + ехр [((г, — (тоз)1(тт) ' Учитывая, что (4 15) (4, 17) то 1+ ехР [(1/1 — РОЛ)т(ттз ° можно выразкть йб, в виде аг„=- [~[ 1([е[тт).
247 Лифееренниаеьные иеиеиимли Поскольку д/„можио получить простой замеиой подстрочных иядексов, яаь1дем Яб, = /е/1/(/ь Ут) = дб,. (4.19) Поскольку 11 и 1, имеют один и тот же зиак, такой же, как /р, — д,„, будут положптельиыми величинами, т. е.
дб, = дб, = 'и/, Для д/„можем записать й и, еп, ~л~~ "~в "к! "~в (4.20) учитывая, что У~ = Ув, — Ув, и, следовательно, Л~ /г/Ув, = — 1, имеем — и/~ — и/1 /17ь Ф = = = Р Нрв, " /ррг ' (4.2() Своза производя замену подстрочных индексов, найдем 4(1„. (4.22) Теперь можно записать окоичательиое, очень простое выражение дня всех передаточных проводимостей дифференциального усплетеля: (4.23) П осколькУ 1, + 1, = /р, можно записать выРажеиие ДлЯ дг в другом виде: а г = 1, (1 р — 1,)/(/рУг) = 1, (1р — 1,)/(/рУг). (4.24) Вели еличииа лг максимальна при 1, = 1, = 1р/2 и равна К! (мах> = /р/(4Уг) = /р/100 мВ. ' (4,25) а Рис. 4.5 представлен график функции передаточиой провод"мости в зависимости от постоянного тока покоя либо Я„либо /14.
~ме™м, что график имеет плоский максимум при 1, = /е = /ч/2, „и""ем, если /, или 1, становятся меньше /р, проводимость резко Умеиьп1ае~ся Передаточную проводимость также можно выразить чер~з стоннное напРЯжение еждУ ДВУМЯ входами, Уг = Ув, — Уи ЕЗ По. Поскольку В 17 = 70 1 + ех р 1 — (Уг — УоЯУ71 ' 1а = 70 1+ ехр 11Уг — озУ У71 1,0 0,9 о,в 0,7 х < и Ю 0,5 0,4 0,З 0,7 оя 0,1 Рис.
4.5, График 0,4 0,5 0,6 опт 0,5 1У1о""" *тпс пеРедаточной проводимости в зависимости от уровни иачаам ного тоха. 0,2 0,3 Дифферен цс альные усилители „ джем записать 1ь1ь 1Е (4.27) 1аут Ут (1+е л) (1+е") ь где де х = (Уе — Уов'т(Ут а, используя равенство (1+е ")(1+а+')= 2+е" +е "=2(1+(е"'-1-е-'у2)= =2(1+ сох), (4.28) получим (4.29) На рис. 4.6 представлен график изменения передаточной проводимости, ди в зависимости от постоянного дифференциального напряжения, У„между входами дифференциального усилителя. 0тмстим, что дт максимально, когда диффеРенциальное входное напряжение и напряжение смещения компенсируют друг друга (У, — Уоэ = О), т. е. когда схема сбалансирована и, следовательно, 1, = 1, = 1ч/2.
При значениях У, — Уоэ по модулю более 10 мВ передаточная проводимость начинает быстро уменьшаться. Это приводит к соответствующему изменению коэффициента усиления по напряжению дифференциального усилителя. Данное свойство широко используется в схемах автоматической регулировки усиления (АРУ). 4.1.2 Выхидное напряжение и коэффициент усиления по напряжениео. На рис. 4.4 показана структурная схема дифференпиального усилителя. На рис. 4.7 представлена упрощеннаи малосигнальная эквивалентная схема структуры, приведенной нл рис 4.4 для выделения переменного выходного напряжения из переменной составляющей коллекторных токов (), и ьге последовательно с коллекторамн (), н я включены резисторы нагрузки с сопротивлением я„ Переменное выходное напряжение на коллекторе 0, равно и„, = — у,рнии а соответствующий коэффипиеит усиления по напряжению равен (4.30) Ачп, а налип ~ чно переменное напряжение на коллекторе (еэ равно е е,1г„и,, и коэффипиент усиления, соответствующйй этому 'инпи»неии о, запи минется и виде 250 Глава 4 Эти два выходных напряжения и соответствующие им козффи циенты усиления равны по величине, ио противоположны „„ знаку.
Выходы дифференциального усилителя, соответствуюпп1 зтим двум напряжениям, называют несимметричными выходамн поскольку на каждом иа них напряжение может изменят только в одну сторону относительно потенциала «земли». т,о 0,8 0,8 я в О,в О,« о,э ол ол -80 -60 -40 -20 О 20 40 60 % — »о»! "8 Рнс, 4 6. График перелато|ной проводимости дифференциального усилите лите»я в зависимости от постоянного входного напряжения, р, = 'г"в — гн; 1 Лифференциальнеее усиливали На рис.
4.8 показан симметричный выход, выходное напряжение в ,е в этом случае снимается между двумя коллекторами в отличие от и предыдущего случая, где оно снималось отдельно между каждым „и коллектором и «землей» Выходное напряжение при этом в,ч ча1 ч,1 = -в~ячп ве рис. 4.7. Дич4ереншчальный усилитель с несимметричными выхвдвваи, в,ч, чв, ч, = -2в,нича чне Диф(варенциальиый усилимель Рис. 4 Ь.
Днсрйеренниальный усилитель с симметричным выходом, пв = ио, — иое = — 2д~Рьо„а соответствующий коэффициент усиления по напряжению 1 А„= по!с, = — 2кечсгь ~ (4.32) Лнапазон выходного напряжения в случае симметричного выхода ровно вдвое больше, чем при несимметричных выходах. Если дифференциальный )силитель используется для управле- симметричной нагрузкой, например другим дифференциальтивл усилителем с входным сопротивлением )7, то полное сопро- 3 явление нагрузки между двумя коллекторами будет йь ~вен —— = 27РС(7чч, и коэффициент усиления по напряжению в этом случае равен (4.33) о Глава 4 В более общем случае, когда сопротивления комплексные, получи вг вг Ау = йг2ь(ьеп = к = у (4.34) 4,1,3, Синфазная передаточная проводимость.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
