Студопедия
Новини освіти і науки:
МАРК РЕГНЕРУС ДОСЛІДЖЕННЯ: Наскільки відрізняються діти, які виросли в одностатевих союзах


РЕЗОЛЮЦІЯ: Громадського обговорення навчальної програми статевого виховання


ЧОМУ ФОНД ОЛЕНИ ПІНЧУК І МОЗ УКРАЇНИ ПРОПАГУЮТЬ "СЕКСУАЛЬНІ УРОКИ"


ЕКЗИСТЕНЦІЙНО-ПСИХОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПОРУШЕННЯ СТАТЕВОЇ ІДЕНТИЧНОСТІ ПІДЛІТКІВ


Батьківський, громадянський рух в Україні закликає МОН зупинити тотальну сексуалізацію дітей і підлітків


Відкрите звернення Міністру освіти й науки України - Гриневич Лілії Михайлівні


Представництво українського жіноцтва в ООН: низький рівень культури спілкування в соціальних мережах


Гендерна антидискримінаційна експертиза може зробити нас моральними рабами


ЛІВИЙ МАРКСИЗМ У НОВИХ ПІДРУЧНИКАХ ДЛЯ ШКОЛЯРІВ


ВІДКРИТА ЗАЯВА на підтримку позиції Ганни Турчинової та права кожної людини на свободу думки, світогляду та вираження поглядів



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 (Евх1= 0 або Евх2= 0). Напруга вихідного сигналу знімається або між колекторами транзисторів (симетрич­ний вихід), або з колектора одного з транзисторів відносно заземле­ного провідника (несиметричний вихід).

Опір резистора RЕ повинен значно перевищувати внутрішній опір підсилювача з боку його виходу, щоб значення стабільного струму І0 = (Е UВЕ)/RЕ 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 Евх1Евх2(коли вхідні сигнал и змінного струму протифа­зні або різнополярні для сигналів постійного струму) і значне ослаб­лення сумарного вхідного сигналу Евх1Евх2. Це найчастіше сигнал зава­ди, зумовлений напругою дрейфу нуля підсилювача.

При симетричних плечах схеми (транзистори ідентичні, а RСІ=RС2=RС)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 UС0 = Uвх1 = Uвх2= ЕС І0RС /2 (рис. 5.11, б).

Якщо в момент часу t1 на вхід транзистора VТl надійшов позитивний сигнал при Евх2= 0, то на виході лівого плеча схеми, що є підсилювальним каскадом з ЗЕ, з'явиться підсилений сигнал Uвх1протилежної полярності (інвертований сигнал, як в схемі із ЗЕ). Одночасно на емітерному резисторі

(5.34)

де h11В2 – вхідний опір транзистора VТ2 на емітерному вході, з'явиться пози­тивний імпульс UЕ, що дорівнює за амплітудою вхідному імпульсу Евх> 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 Uвх2 Uвх1Значить, вихідний сигнал з напругою Uвих2 неінвертований по відношенню до вхідного сигналу.

Із збільшенням амплітуди вхідного сигналу Евх1струм транзистора VТ1 збільшується, а напруга на його колекторі знижується і, навпаки, струм транзистора VТ2 зменшується, що супроводжується зростанням на­пруги Uвих2(ділянка tlt2на 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 Uвх1 Uвх2= І0RС. Описаний процес можливий, якщо між входами прикладено різницю (різнополярний) вхідних сигналів, яка називається диференційним сигналом.

При надходженні на вхід ДП синфазного вхідного сигналу Есф= Евх1+ Евх2 (обидва входи ДП з'єднані) і у випадку ідеального дже­рела струму (RЕ → ∞) сигнал на виході ДП відсутній. Оскільки в реаль­них ДП резистор RЕ Має скінчений опір, то під дією синфазного сигналу на виході підсилювача з'явиться невелика напруга розбалансування ΔЕсф, 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 Rвх дміж входами ВхВх2, приймемо умови: різниця сигналів визначається джерелом Евх1(Евх2 =0),а Rдl= Rд2= 0. в цьому разі струм підсилюваного сигналу ІС 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 Rвх дможна скористатись формулою (5.15) для транзистора VТl за схемою ЗЕ, замінивши в ній RЕ на , який визначається виразом (5.34). Враховуючи також, що RЕ >> h11B2 (струм підсилюваного сигналу в коло з RЕ не надходить ) і

(див. формулу (5.22) для Rвх дз урахуванням ідентичності параметрів транзисторів VТ1 і VТ2 (rВ1 = rB2 = rB; rЕ1 = rЕ2 = rЕ; h21Е1 = h21Е2= h21Е; h11Е1 = h11Е2= h11Е), одержуємо

Rвх д≈ 2h11Е, (5.35)

або, беручи до уваги рівняння (5.13),

Rвх д= 2φт/ІВ= 2φт (h21Е + 1)/ІЕ = 4φт(h21Е + 1)/І0. (5.36)

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

КпUінв= Uвих1/ Евх1h21Е1 RС1 /2h11Е1, (5.37)

або з урахуванням ідентичності параметрів транзисторів

КпUінв= h21Е RС /2h11Е (5.38)

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

КпUнеінв= (UЕ / Евх1)(Uвих2/ UЕ)= КпUЗЕ ·КпUЗБ , (5.39)

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

(5.40)

Приймемо h21Е1 = h21Е2 = h21Е >>1 і h11Е1 = h11Е2 = h11Е,після алгебраїчних перетворень одержуємо

КпUнеінв= h21ЕRС /[hl1Е(h11Е /h21ЕRЕ + 2)]. (5.41)

Повний диференційний коефіцієнт підсилення при надходженні на вхід ДП різниці сигналів Евх1 = – Евх2 = Евх

КпUд= (Uвих2 – Uвих1)/Евх= КпUінв+ КпUнеінв . (5.42)

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

КпUд ≈ h21ЕRC /h11Е = RCІЕ /φт= RC I0/2φт . (5.43)

як випливає з рівняння (5.43), внутрішнього опору джерела вхідного сигналу Rдв рівнянні (5.43) h11Е необхідно диференційний коефіцієнт підсилення май­же не залежить від RЕ. Для врахування впливу замінити на h11Е + Rд . Ха­рактерно, що КпUд прямо пропорційний струму I0 і обернено пропорційний температурі.

Рис. 5.12

Якщо фази вхідних сигналів Евх1= Евх2 = Есф 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

ΔUвих сфдо Есф,одержимо коефіцієнт передачі синфазної напруги, що харак­теризує ступінь ослаблення синфазного сигналу

КпUсф = ΔUвих сфсф= КпUнеінв КпUінв .(5.44)

Підставляючи в останнє рівняння значення КпUінв і КпUнеінвз рівнянь (5.38) і (5.41), одержуємо

КпUсф ≈ – h21ЕRС /(h11Е + 2h21ЕRЕ). (5.45)

Відношення

Кос сф = КпUд /КпUсф = (h11Е + 2h21ЕRЕ)/ h11Е (5.46)

характеризує можливість ДП виділяти корисний сигнал на фоні завади. У межах можливого Кос сфможе досягати значення 2h21ЕRЕ/h11Е, що свідчить про ва­жливість вибору великих номіналів RЕ з метою подавлення синфазного сигналу.

ДП на дискретних елементах може мати джерело стабільного струму І0, якщо застосувати дискретний резистор RЕ (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 UВЕ 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 +UVТ3 =ІR2 +UVТ4. (5.47)

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

І0 = [ІR2+ φтln(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

Rвх.д.с4т φт h21Е1h21Е2/ І0= 4т φт h21Ес /І0. (5.49)

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

Диференційний коефіцієнт підсилення

КпUд= h21ЕсRС /(Rвх.д.с/2)= RС І0 /2т φт (5.50)

залежить тільки від опору навантаження RС , 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: 1717

<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
СКЛАДЕНИЙ ТРАНЗИСТОР | ВИБІРКОВІ КАСКАДИ ПІДСИЛЕННЯ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

  

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.007 сек.