• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

ДИФЕРЕНЦІЙНІ КАСКАДИ ПІДСИЛЕННЯ

Диференційні каскади відносять до балансних (мостових) схем підсилювачів постійного струму. Їх застосовують для зниження дрейфу нуля, що викликається зміною напруги живлення і температури нав­колишнього середовища. Диференційні каскади мають два входи і два виходи, що дозволяє проектувати інвертуючі і неінвертуючі підсилювачі і досить просто узгоджувати кола зворотних зв'язків. В диференційних каскадах легко виконати зміщення рівня вихідного потенціалу, тому можна будувати багатокаскадні підсилювачі без застосування розділяючих реактивних елементів {конденсаторів, трансформаторів}. Отже, структура диференційного підсилювача узгоджена з принципами інтегральної технології, при якій можливе виготовлення пари транзисторів з майже ідентичними параметрами. При цій умові дифе­ренційні каскади мають майже ідеальні характеристики.

Рис. 5.11

Диференційний підсилювач (ДП) – це балансний підсилювач по­стійного струму з джерелом стабільного струму в колі емітера. Зна­чення цього струму обчислюють за параметрами додаткового джере­ла живлення і резистором в емітерному колі. На рис. 5.11, а пока­зана схема ДП, яка складається з двох транзисторів і трьох резисторів. В окремих випадках напруга вхідного сигналу може бути подана лише на один вхід (Е_вх1= 0 або Е_вх2= 0). Напруга вихідного сигналу знімається або між колекторами транзисторів (симетрич­ний вихід), або з колектора одного з транзисторів відносно заземле­ного провідника (несиметричний вихід).

Опір резистора R_Е повинен значно перевищувати внутрішній опір підсилювача з боку його виходу, щоб значення стабільного струму І₀ = (Е – U_ВЕ)/R_Е не залежало від напруги на вході ДП і було сталим навіть при наявності короткого замикання в колі навантаження джерела цього струму. Необхідно також вживати заходи для забезпечення високої стабільності струму І₀ під впливом температури, оскільки параметри ДП вельми залежать від цього струму.

Важлива особливість ДП – високе підсилення різниці вхідних сигналів Е_вх1–Е_вх2(коли вхідні сигнал и змінного струму протифа­зні або різнополярні для сигналів постійного струму) і значне ослаб­лення сумарного вхідного сигналу Е_вх1–Е_вх2. Це найчастіше сигнал зава­ди, зумовлений напругою дрейфу нуля підсилювача.

При симетричних плечах схеми (транзистори ідентичні, а R_СІ=R_С2=R_С)і відсутності вхідних сигналів ДП збалансований, і на­пруга між колекторами (на виході) дорівнює нулю. Оскільки струм ділить­ся між плечами порівну, то потенціали колекторів обох транзисторів однакові і дорівнюють U_С0 = U_вх1 = U_вх2= Е_С – І₀R_С /2 (рис. 5.11, б).

Якщо в момент часу t₁ на вхід транзистора VТl надійшов позитивний сигнал при Е_вх2= 0, то на виході лівого плеча схеми, що є підсилювальним каскадом з ЗЕ, з'явиться підсилений сигнал U_вх1протилежної полярності (інвертований сигнал, як в схемі із ЗЕ). Одночасно на емітерному резисторі

(5.34)

де h_11В2 – вхідний опір транзистора VТ2 на емітерному вході, з'явиться пози­тивний імпульс U_Е, що дорівнює за амплітудою вхідному імпульсу Е_вх> 0. Цей імпульс надходить на емітер транзистора VТ2, викли­каючи появу на колекторі підсиленого імпульсу також позитивної полярності (зміщення по фазі відсутнє, як в схемі із ЗБ) з амплітудою U_вх2 ≈ U_вх1Значить, вихідний сигнал з напругою U_вих2 неінвертований по відношенню до вхідного сигналу.

Із збільшенням амплітуди вхідного сигналу Е_вх1струм транзистора VТ1 збільшується, а напруга на його колекторі знижується і, навпаки, струм транзистора VТ2 зменшується, що супроводжується зростанням на­пруги U_вих2(ділянка t_l– t₂на рис. 5.11, б). В момент часу t₂струм транзис­тора VТ1 досягає максимального значення І₀, а струм транзистора VТ2 дорівнює нулю. При цьому різниця вихідних сигналів U_вх1 – U_вх2= І₀R_С. Описаний процес можливий, якщо між входами прикладено різницю (різнополярний) вхідних сигналів, яка називається диференційним сигналом.

При надходженні на вхід ДП синфазного вхідного сигналу Е_сф= Е_вх1+ Е_вх2 (обидва входи ДП з'єднані) і у випадку ідеального дже­рела струму (R_Е → ∞) сигнал на виході ДП відсутній. Оскільки в реаль­них ДП резистор R_Е Має скінчений опір, то під дією синфазного сигналу на виході підсилювача з'явиться невелика напруга розбалансування ΔЕ_сф, яка додається до корисного сигналу, зумовлюючи сигнал помилки. Тому ДП тим якісніший, чим меншу різницю вхідних сигналів Він може розрізняти па фоні великого синфазного сигналу, як правило, створеного дією деста­білізуючих факторів.

Щоб знайти вхідний диференційний опір R_{вх д}між входами Вхlі Вх2, приймемо умови: різниця сигналів визначається джерелом Е_вх1(Е_вх2 =0),а R_дl= R_д2= 0. в цьому разі струм підсилюваного сигналу І_С втікає в базу транзистора VТ2 і витікає з бази транзистора VТ2, за­микаючись по колу, показаному на рис. 5.11, а штриховою лінією. Тому для знаходження R_{вх д}можна скористатись формулою (5.15) для транзистора VТl за схемою ЗЕ, замінивши в ній R_Е на , який визначається виразом (5.34). Враховуючи також, що R_Е >> h_11B2 (струм підсилюваного сигналу в коло з R_Е не надходить ) і

(див. формулу (5.22) для R_{вх д}з урахуванням ідентичності параметрів транзисторів VТ1 і VТ2 (r_В1 = r_B2 = r_B; r_Е1 = r_Е2 = r_Е; h_21Е1 = h_21Е2= h_21Е; h_11Е1 = h_11Е2= h_11Е), одержуємо

R_{вх д}≈ 2h_11Е, (5.35)

або, беручи до уваги рівняння (5.13),

R_{вх д}= 2φ_т/І_В= 2φ_т (h_21Е + 1)/І_Е = 4φ_т(h_21Е + 1)/І₀. (5.36)

Інвертуючий коефіцієнт підсилення від входу Вхl до Вихl плеча ДП на транзисторі VТ1, який з урахуванням, що R_Сн = R_С , знаходять, як і для схеми ЗЕ, з виразу (5.18)

К_пUінв= U_вих1/ Е_вх1≈ h_21Е1 R_С1 /2h_11Е1, (5.37)

або з урахуванням ідентичності параметрів транзисторів

К_пUінв= h_21Е R_С /2h_11Е (5.38)

Неінвертуючий – коефіцієнт підсилення ДП від Вхl до Вх2 визначається так:

К_{пUнеінв}= (U_Е / Е_вх1)(U_вих2/ U_Е)= К_пUЗЕ ·К_пUЗБ , (5.39)

де К_пUЗЕ – коефіцієнт підсилення плеча ДП на транзисторі VТ1 по емітерному виходу, який визначається рівнянням (5.27) з урахуванням, що R_Ензамінюється на R_Е, К_пUЗБ – коефіцієнт підсилення плеча ДП на транзисторі VТ2, вхідний сигнал на який надходить у коло емітера. Тому К_пUЗБ визначається рівнянням (5.23), враховуючи, що

(5.40)

Приймемо h_21Е1 = h_21Е2 = h_21Е >>1 і h_11Е1 = h_11Е2 = h_11Е,після алгебраїчних перетворень одержуємо

К_{пUнеінв}= h_21ЕR_С /[h_l1Е(h_11Е /h_21ЕR_Е + 2)]. (5.41)

Повний диференційний коефіцієнт підсилення при надходженні на вхід ДП різниці сигналів Е_вх1 = – Е_вх2 = Е_вх

К_пUд= (U_вих2 – U_вих1)/Е_вх= К_пUінв+ К_{пUнеінв .} (5.42)

Після підстановки і алгебраїчних перетворень (див. формулу (5.18)) одержимо

К_пUд ≈ h_21ЕR_C /h_11Е = R_CІ_Е /φ_т= R_C I₀/2φ_т . (5.43)

як випливає з рівняння (5.43), внутрішнього опору джерела вхідного сигналу R_дв рівнянні (5.43) h_11Е необхідно диференційний коефіцієнт підсилення май­же не залежить від R_Е. Для врахування впливу замінити на h_11Е + R_д . Ха­рактерно, що К_пUд прямо пропорційний струму I₀ і обернено пропорційний температурі.

Рис. 5.12

Якщо фази вхідних сигналів Е_вх1= Е_вх2 = Е_сф збігаються, то кожний, вихід схеми можна одночасно вважати як інвертуючим, так і неінвертуючим. Тому, взявши відношення приросту вихідної синфазної напруги на будь–якому виході схеми

ΔU_{вих сф}до Е_сф,одержимо коефіцієнт передачі синфазної напруги, що харак­теризує ступінь ослаблення синфазного сигналу

К_пUсф = ΔU_{вих сф} /Е_сф= К_{пUнеінв} – К_пUінв .(5.44)

Підставляючи в останнє рівняння значення К_пUінв і К_{пUнеінв}з рівнянь (5.38) і (5.41), одержуємо

К_пUсф ≈ – h_21ЕR_С /(h_11Е + 2h_21ЕR_Е). (5.45)

Відношення

К_{ос сф} = К_пUд /К_пUсф = (h_11Е + 2h_21ЕR_Е)/ h_11Е (5.46)

характеризує можливість ДП виділяти корисний сигнал на фоні завади. У межах можливого К_{ос сф}може досягати значення 2h_21ЕR_Е/h_11Е, що свідчить про ва­жливість вибору великих номіналів R_Е з метою подавлення синфазного сигналу.

ДП на дискретних елементах може мати джерело стабільного струму І₀, якщо застосувати дискретний резистор R_Е (рис. 5.11, а). У випадку інтегрального ДП виготовлення резистора великого номіналу пов'язане із значними затратами площі підкладки інтегральної мікросхеми і вагомим підвищенням розсіюваної потужності на резисторі. То­му як джерело стабільного струму використовують транзисторний кас­кад за схемою ЗЕ, що має значний опір для змінної складової струму.

Схема ДП, що використовується при конструюванні напівпровід­никових ІМС К118УД1А, показана на рис. 5.12, а. Верхня частина схеми аналогічна схемі на рис. 5.11. а, і для аналізу до неї можна за­стосувати формули, приведені вище, Як джерело стабільного струму І₀ використано транзистор VТ3 в загальному колі емітерів транзисторів VТl і VТ2. Резистори R1 – R3 забезпечують необхідний режим роботи транзистора VТ3. Транзистор VТ4 в діодному ввімкненні викорис­товується для компенсації температурних коливань напруги U_ВЕ тран­зистора VТ3 (див. рис. 5.1). Вихідний опір складовій струму під­силюваного сигналу в каскаді на транзисторі VТ3 за схемою ЗЕ може досягати декількох сотень кілоом, що дозволяє знизити рівень синфаз­них помилок до 60 дБ на каскад.

Струм І₀ знаходять із рівняння

І₀R₃ +U_BЕVТ3 =ІR₂ +U_BЕVТ4. (5.47)

Оскільки напруга на ділянці база – емітер залежить від теплового потенціалу φ_т,

І₀ = [ІR₂+ φ_тln(І / І₀)]/ R₃. (5.48)

Якщо струм І з допомогою подільника зміщення R1, R2 заданий по­стійним, то, змінюючи опір резистора R3, можна змінювати значення струму І₀ в широких межах.

Диференційні каскади зпідвищеним вхідним опором.Збільшення диференційного вхідного опору ДП значно підвищує його функціо­нальні можливості. Для збільшення вхідного опору ДП без втрати під­силення широко використовують складені транзистори (див. п. 5.4). На рис. 5.13, а показана схема ДП в інтегральному виконанні (мікросхема 117УД1Б, в якій плечі мають складові транзистори VТl – VТ4), Вхідний диференційний опір ДП на складених транзисторах можна знайти з рівняння (5.36), якщо в ньому коефіцієнт передачі струму бази одиночного транзистора замінити тим же параметром складеного транзистора. Вводячи множник т = 1...2, яким враховують змен­шення опору в режимі мікрострумів, знайдемо вхідний опір

R_вх.д.с≈ 4т φ_т h_21Е1h_21Е2/ І₀= 4т φ_т h_21Ес /І₀. (5.49)

Наприклад, вхідний опір мікросхеми 177УД1Б R_вх.д.с= 500 к Ом, що на два порядки вищий за опір мікросхеми К118УД1В {рис. 5.12, а} на одиночних транзисторах, для якої R_вх.д= 6 кОм.

Диференційний коефіцієнт підсилення

К_пUд= h_21ЕсR_С /(R_вх.д.с/2)= R_С І₀ /2т φ_т (5.50)

залежить тільки від опору навантаження R_С , абсолютного значення струму І₀і температури.

Читайте також:

1. ВИБІРКОВІ КАСКАДИ ПІДСИЛЕННЯ
2. Диференційні рівняння руху ідеальної рідини.
3. Для підсилення ефекту доцільно заздалегідь підготуватися і надіслати тези доповіді і список виступаючих у дебатах.
4. ЕЛЕМЕНТАРНІ КАСКАДИ ПІДСИЛЕННЯ
5. Закон Ома в диференційній формі.
6. Каскади попереднього підсилення на транзисторах
7. МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ І СТАБІЛІЗАЦІЯ РЕЖИМУ РОБОТИ ТРАНЗИСТОРНОГО КАСКАДУ ПІДСИЛЕННЯ
8. Порівняння металевих і композитних матеріалів підсилення
9. Тема. Вихідні каскади підсилювачів на транзисторах
10. Це рівняння називають основним рівнянням фільтрування в диференційній формі.

Переглядів: 1643