Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Струк яая схема яиф- чую точку УсилителЯ в нелинейфереияиалаяого усилителя ную область. Отсюда вытекает необходимость усиления только разностного сигнала. На рис. 10.2 приведена структурная схема дифференциального усилителя. У идеального дифференциального усилителя коэффициент передачи разностного сигнала равен отношению разности напряжений иа выходе к разности напряжений на входе: Кр = ивввх!2I (ивх! ивх2) в (10.1) лом. Выходное напряжение реального усилителя будем считать равным и хм=Ко(и,— и, з)+К,(и„з+и„з)12, (10.6) где Кр — коэффициент усиления разностного напряжения, равный отношению приращения напряжения на выходе к разиостному напряжению на входе при суммарном напряжении и„,+и,„,, равном нулю.
Коэффициент К„входящий в (10.6), называют коэффициентом передача синфазного сигнала. Положив в (10.6) ивх! ивхз падучим К.= и„,„!з)1(ими+ и„,) 1'2), (10.7) Этот коэффициент равен отношению напряжения на выходе к синфазномУ входномУ напРЯжению (и„,+и з)12 пРи Разностном напряжении на входе, равном нулю. Качество дифференциального усилителя (его приближение к идеальному) оценивается коэффи1(иентозз ослабления синфазного сигнала, равным отношению коэффициентов передачи разностного и синфазного сигналов: К„х и = К р/К,. (10.8) У хороших дифференциальных усилителей К„в=10' — 10', что составляет 80 †1 дБ.
Пример. Пусть Кг=50; К,хвв=10; и,,=1,01 В; п.,в=099 В. Тогдз п,ьюв= дв((н. в — п.ю) Ып.мн-пвхз) /2К.ввм) =50(2 10-'зс10-') =1 В~05 1О-' В. В данном примере выходное напряжение пропорционально усиленному рззностному нвпрянгенню с погрешностью 0,05тю Если коэффициент ослабления синфззного нзпряження недоствточно велик, то погрешность прн усилении рззностного напряжения очень велика, В рассмотренном примере при Квв.м=10з онз составляет 50в)в. Относительная погрешность усиления согласно (10.6) равна отношению приращения напряжения на выходе, обязанному синфазному сигналу, к приращению напряжения на выходе, обязанному разностному сигналу, 1 (и.х, +и„,) 12 Кр(пвм — и,„з) К„вм (и„,— и,х,) и зависит не только от коэффициента ослабления сннфазного сигнала, но и от отношения напряжений синфазного и разностного сигналов.
Относительная погрешность тем больше, чем больше синфазный сигнал и меньше разностный. Дифференциальный усилитель (рис. 10.3) имеет два одинаковых транзистора с общим резистором вт„включенным в их эмиттерную цепь. На выходе схемы между за- Рис. 10.3. Схема транзисторного дифференцнзльного усилителя 215 эе Еая -' ее )/Е" з -ье) зЕвг где /ЕŠ— часть приращения эмиттерного тока первого транзистора, ответвляющаяся в эмнттерное сопротивление; числитель правой дроби равен сопротивлению второго транзистора со стороны его эмиттера.
Следовательно, для хорошей симметрии схемы необходимо выполнение условия Йв)) (й!1э+Еэг)/('э21э+)) при котором приращения эмиттерных токов транзисторов 7Т1 и )172 равны и противоположны по фазе, т. е. ЛЕ22= — ЛЕ21. Вольт-амперная характеристика. При достаточно большом Ес, можно считать постоанной сУммУ эмиттеРных токов: Еэ1+Еэ2=12= =сонэ(. При этом их разность 121 — 122= — 2ЛЕв1=2ВЕв2. Нас интересует отношение ЛЕк1/Ея1= — ЛЕ21/(12/2) = (Ев, — 122) /(121 +Ез2) Эмиттерный ток является экспоненциальной функцией напря жения база — эмиттер: Еэ= — 1,ехр (ивэ/Е/г).
(10.9) жимами 1' и 2' можно получить напряжение, пропорциональное разности напряжений, приложенных к входным зажимам. Зависимость выходного напряжения от разности входных линейка, если входные напряжения, являющиеся базовыми, положительны для транзисторов п-р-а-типа. При этом разностное напряжение не должно превышать нескольких десятков милливольт, когда разностный коэффициент усиления близок к 100, а синфазное напряжение (и„1+и,,2)/2 лежит в некотором интервале, например от 3 до 6 В. Этот интервал зависит от напряжения источника питания и сопротивлений схемы.
Покажем, что схема имеет тем большую симметрию, чем больше общее сопротивление для переменного тока /с, в цепях эмиттеров. Для этого на входе 1 создадим некоторое приращение напряжения Ли ь а потенциал входа 2 относительно земли оставим прежним. Это приращение напряжения вызовет приращение эмиттерного тока ЕЕЕэ1 транзистора )'Т1. За счет прохождения части этого приращения тока, равной И, через эмиттерное сопротивление /Е, и сопротивление источника Р., не показанного на рис.
)0.3, на базе транзистора РТ2 создается приращение напряжения с противоположным знаком, вызывающее приращение эмиттерного тока второго транзистора. Очевидно, что только при /с,=со получим Л/э1= — ЬЕв2 (см. рис. 10.3), и можно считать, что ответвление части тока ЛЕ в сопротивление /Е, ничтожно малб. В соответствии с законом Кирхгофа отношение токов в двух параллельных ветвях обратно пропорционально отношению их сопротивлений. Поэтому асимметрия дифференциального усилителя характеризуется следующим отношением: Напряжение база — эмиттер первого транзистора ивэг = и .„— иэ, а второго транзистора ивэо=и„эо-иэ.
При симметрии схемы ивщ = иа/2 — иэ', ивэо= — иа/2 — иэ, где ив= ивм — и,„о — дифференциальное (разностное) напряжение. Подставляя значения напряжений ивэг и ивао в выражение для эмиттерного тока, получаем эмиттерные токи гв| и /эо. Подставляя нх в (10.9), имеем Мкг = (/о/2) й (иа/2(/,„) . (10. 10) При изменении аргумента от — оо до + о гиперболический тангенс изменяется от — 1 до +1. Поэтому Мкг изменяется от — /о/2 до +1о/2, где 1,— сумма эмиттерных токов, равная току генератора стабильного тока. Из выражения (10.10) следует, что дифференциальный каскад можно использовать в качестве амплитудного ограничителя. Например, при па=4(/,=0,1 В ляг=0,9б/о/2. Следовательно, при амплитуде разностного сигнала, равной примерно 0,1 В, происходит ограничение амплитуды выходного тока.
При иа(. (/, й (иа/2(/,) =иа/2(/, и Л/кг= (1о/4) (иа/(/ ). Следовательно, при разностных сигналах, меньших 25 мВ, имеет место линейная зависимость приращения коллекторного тока от разностного (дифференциального) напряжения. Из выражения (10.10) также следует, что дифференциальный усилитель можно использовать в качестве регулируемого каскада, усиление которого изменяется при изменении 1о. Фазоинвертор. Схему на рис. 10.3 можно использовать в качестве фазоинвертора.
Для этого нужно по переменному току закоротить на землю вход 2, оставив на нем постоянное напряжение. В этом случае одна половина напряжения на входе 1 создается между базой и эмиттером первого транзистора, а другая— между эмиттером н землей. Таким образом, переменные напряжения база — эмиттер первого и второго транзисторов равны, но противоположны по фазе. Точно так же и переменные напряжения на коллекторах этих транзисторов равны и противоположны по фазе. Деление входного напряжения поровну между транзисторами ооусловлено симметрией схемы, обеспечиваемой тем, что г2,»бэ где г, — сопротивление транзистора эмиттер — база для переменного тока. Это можно также объяснить тем, что транзистор (гТ! по отношению к транзистору )/Т2 является эмиттерным повторителем, работающим на сопротивление нагрузки, равное его выходному сопротивлению.
Транзистор в качестве эмиттерного сопротивления. Увеличение сопротивления /1„необходимое для улучшения симметрии схемы дифференциального усилителя, вызывает повышение падения напряжения на нем за счет протенания постоянных составляющих эмиттерных токов. При общем эмиттерном токе двух транзисторов порядка 1 — 2 мА и допустимом падении напряжения на эмиттер- 217 з б эаэ о) Рис. 10.4. К определению выходного сопротинления транзистора с сопротивлевием в цепи эмиттера ном сопротивлении 5 — 6 В максимальное значение эмиттерного сопротивления не может превышать 3 — 6 кОм.
Часто вместо резистора )х', в схему дифференциального усили- теля (см. рис. 10.3) включают транзистор (рис. 10.4,а). Замена резистора й, транзистором позволяет при таком же сопротивлении постоянному току обеспечить для переменного тока сопротивление, большее на 1 — 2 порядка. На рис. 10.4,а приведена схема вклю- чения транзистора, а на рис. 10.4, б — его эквивалентная схема при использовании транзистора в качестве резистора. Уравнения Кирхгофа для схемы на рис. 10.4, б: и,= (/.,+ (/.+/,) д,; /к=/121э/б+~тхэ~ кэ) эб (/хб+гэыэ+/хэ) + /как= 0 Исключая из (10.11) (/„, и /б, получаем /э (/ а/ о Йэ+ап ( 1 Па+ам +(Ям.+1))1 )Сб+ "и +К ЬМ /та+" Пэ+/т Вследствие малости )т, по сравнению с 1//схз, пренебрега вым членом данного выражения по сравнению со вторым. зультате получаем /) 1 Йэ+ам + (дх! +1)й акх ам йа+Зп +й, (10.11) ем пер- В ре- (10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
