Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Шпоры по ТТЭ - файл ГЛАВА 10.doc


Шпоры по ТТЭ
скачать (3670.4 kb.)

Доступные файлы (14):

ГЛАВА 10.doc3655kb.15.01.2005 00:00скачать
ГЛАВА 12.doc4472kb.15.01.2005 00:09скачать
ГЛАВА 14.doc1723kb.15.01.2005 00:31скачать
ГЛАВА 16.doc489kb.15.01.2005 00:52скачать
ГЛАВА 18.doc2195kb.15.01.2005 01:20скачать
ГЛАВА 1.doc41kb.13.01.2005 18:16скачать
ГЛАВА 20.doc492kb.15.01.2005 01:44скачать
ГЛАВА 2.doc718kb.13.01.2005 19:41скачать
ГЛАВА 3.doc7420kb.13.01.2005 22:41скачать
ГЛАВА 4.doc233kb.13.01.2005 23:04скачать
ГЛАВА 5 .doc6394kb.14.01.2005 14:44скачать
ГЛАВА 6.doc476kb.14.01.2005 14:59скачать
ГЛАВА 7.doc804kb.14.01.2005 23:05скачать
ГЛАВА 8.doc1338kb.14.01.2005 23:12скачать

содержание
Загрузка...

ГЛАВА 10.doc

1   2   3   4   5
Реклама MarketGid:
Загрузка...
^

10.3. Усилительный дифференциальный каскад


Усилительный дифференциальный каскад (ДК) предназначен для усиления разности двух напряжений. В идеальных ДК выход­ное напряжение пропорционально только разности входных напря­жений, приложенных к двум его входам, и не зависит от их абсо­лютной величины.

Принципиальная схема базового ДК показана на рис. 10.12,а. У идеального ДК идентичными (одинаковыми) считаются элемен­ты в обоих его плечах: транзисторы и , резисторы и в коллекторных цепях, а резистор является общим для обоих плеч. Каждое плечо является каскадом с ОЭ. Дифференциальный каскад является реальным воплощением принципа согласования цепей (см. § 10.1.1).



Питание ДК осуществляется от двух источников, напряжения ко­торых равны (по модулю) Е. Таким образом, суммарное напряжение питания ДК составляет . Использование двух источников питания позволяет поддерживать потенциалы эмиттеров и близкими к потенциалу общей шины (земли). Это, в свою очередь, позволяет подводить на входы ДК сигналы от заземленных источников (без применения компенсирующих цепей).

Схема на рис. 10.12,а характерна тем, что в ней имеются взаим­но симметричные точки: базы транзисторов, эмиттеры транзисторов и коллекторы транзисторов. Сигналы, равные по амплитуде (вели­чине) и одинаковые по знаку, действующие во взаимно симметрич­ных точках, будем называть синфазными. Сигналы же, равные по амплитуде (величине), но противоположные по знаку, действующие во взаимно симметричных точках, логично называть парафазным1 сигналами, однако обычно применяют менее удачное название дифференциальные сигналы.

Произвольные сигналы, действующие в каждой паре взаимно симметричных точек, можно представить в виде суммы синфазного и парафазного (рис. 10.12,б). Например, для сигналов на входах (базах) транзисторов и и и можно записать

(10.22)

Откуда следует и способ определения этих составляющих:

(10.23)

Последнее нашло отражение на рис. 10.13. Представление в виде двух составляющих облегчает расчет ДК.

Как отмечалось, назначение ДК состоит в усилении разности входных сигналов, т.е.

(10.24)

Но в соответствии с (10.22)

(10.25)

Таким образом, рассмотре­ние усиления разностного входного сигнала сводится к рассмотрению усиления парафазной составляющей входных сигналов. Если на входе положитель­ное, то на входе оно от­рицательное, а их разность как раз и составит .

Разностный входной сигнал (10.25) создает в идеально симметричном ДК между взаимно симметричными точками коллек­торов и и , так что выходное разностное напряже­ние между коллекторами

(10.26)

где по определению (10.22) и , можно также представить синфазной и парафазной составляющими:

(10.27)

Поэтому разностный (или дифференциальный) сигнал на выходе (в диагонали моста между коллекторами) подобно (10.25)

(10.28)

Назовем коэффициентом усиления ДК отношение разностных сигналов на выходе и входе:

(10.29)

Используя (10.28) и (10.27), сведем (10.29) к виду

(10.29а)

т.е. коэффициент усиления разностного сигнала совпадает с коэф­фициентом усиления парафазного сигнала в каждом плече, если они идентичны. С учетом (10.29)

(10.29б)

Это выражение показывает, что выходной разностный сигнал не за­висит от величины синфазного сигнала (последний не вошел в фор­мулу). Эта независимость от синфазного сигнала получилась пото­му, что предполагалась идентичность (равенство) параметров сим­метричных элементов ДК: транзисторов и , резисторов и и др. Действительно, при таком предположении обеспечивается точный баланс моста и разность потенциалов между коллекторами при отсутствии разностного сигнала на входе обязательно равна ну­лю, так как потенциалы коллекторов и при наличии синфазного сигнала (одинакового по величине и знаку) будут увеличивать­ся или уменьшаться на одну и ту же величину. Аналогично не будет появляться разность потенциалов в случае возможной нестабиль­ности напряжения источников питания, т.е. не будет наблюдаться так называемый дрейф нуля.

Однако реально симметрию можно обеспечить не лучше 2...4 %. Это приводит к появлению в разностном выходном сигнале ложного сигнала (ошибки), вызванного синфазным сигналом. Следует доба­вить, что синфазный сигнал на входе может значительно превышать парафазный сигнал. Если бы коэффициенты усиления синфазного и парафазного сигналов были одинаковы, то это могло привести на выходе к превышению ложного сигнала над небольшим полезным сигналом, вызванным парафазным сигналом на входе. Таким образом, для борьбы с этим явлением после принятия мер по симметри­рованию остается только один путь – сильное уменьшение коэффи­циента усиления для синфазного входного сигнала каждым плечом ДК по сравнению с коэффициентом усиления парафазного сигнала. Это достигается в схеме на рис. 10.12 включением в общую эмиттерную цепь и большого сопротивления , которое, как гово­рят, вызывает сильную отрицательную обратную связь в ДК. Пояс­ним качественно роль .

Введем коэффициент усиления синфазного сигнала в каждом плече (в идеальном ДК они равны):

(10.30)

Значение его может быть вычислено по обычной формуле (10.5) для простейшего усилителя. Но в ДК является общим сопротивлени­ем эмиттерных цепей и . Схему ДК для синфазного сигнала можно разбить на две схемы, как показано на рис. 10.13,а, в каждую схему необходимо включить . Поэтому вместо в (10.5) надо ставить , т.е.

(10.31)

При = 5 кОм, = 1 МОм 10-3.

В ДК сопротивление на несколько порядков больше, чем в обычном усилительном каскаде, где оно используется для темпе­ратурной компенсации. Поэтому и коэффициент усиления синфаз­ного сигнала для плеча ДК , т.е. правильнее говорить не о коэффициенте усиления, а о коэффициенте передачи синфазного сигнала или о его подавлении. Таким образом, задача ослабления синфазного сигнала решается в каждом плече идеального ДК. При полной симметрии разность двух сильно ослабленных в каждом плече сигналов будет равна нулю. При несимметрии должна поя­виться некоторая разность, вызванная синфазным сигналом. В случае неодинаковости плеч коэффициенты усиления синфазного сигнала в плечах будут разными из-за отличия в значениях коэф­фициента передачи транзисторов и сопротивлений . Примем для оценки, что отклонения и для транзисторов одинаковы, но отличаются знаками (более неблагоприятный случай), так что , , , . Тогда разница в коэффициентах передачи синфазного сигнала плеч при пренебреже­нии малыми величинами второго порядка

(10.32)

где характеризует степень асимметрии. Используя (10.32), можно найти на выходе разностный сигнал ошибки, обязан­ный синфазному сигналу на входе :

(10.33)

где можно назвать коэффициентом преобразования синфазного сигнала в разностный сигнал на выходе (сигнал ошибки). С учетом (10.32)

(10.34)

В нашем примере = 5 кОм, = 1 МОм. Тогда при = 0,04 =2·10-4.

Таким образом, разностный сигнал на выходе с учетом напряже­ния ошибки (10.33) . Используя (10.29 б) и (10.33), можно написать

(10.35)

Для нахождения связи коэффициента , определяемого выра­жением (10.29а), с параметрами схемы можно воспользоваться эк­вивалентной схемой усиления парафазного сигнала в одном плече (рис. 10.13,б) и точной формулой (10.4) для коэффициента усиления простейшего каскада. Поясним происхождение эквивалентной схе­мы. Если при парафазном сигнале потенциал базы , например, возрастает, то потенциал базы должен убывать на одну и ту же величину . Следовательно, ток транзистора возрастает, а ток уменьшается на одну и ту же величину . Поэтому результирующий ток через общее сопротивление оста­нется прежним (исходным) и потенциал общей точки эмиттерных це­пей (верхняя точка резистора ) не изменится. Другими словами, изменения тока плеч не вызывают изменения падения напряжения на , т.е. общую эмиттерную цепь можно считать для сигнала экви­валентной короткому замыканию, полагая для расчета коэффици­ента передачи парафазного сигнала (10.29а) в каждом плече =0. Таким образом, можно воспользоваться формулой (10.4), полагая в ней = 0, но учитывая обязательно дифференциальное сопротив­ление . Принимая для оценок , получаем

(10.36)

Используя данные в нашем примере = 5 кОм, = 50 Ом, получа­ем = –100. Это более высокое значение, чем в простейшем усили­теле без сопротивления , что способствует увеличению полезного первого слагаемого в (10.35).

Напряжение ошибки (10.33) необходимо сравнивать с полезным выходным разностным напряжением (10.28), создаваемым входным разностным сигналом .

Для объективной оценки свойств различных усилителей недос­таточно знать абсолютную ошибку на выходе в (10.35). В па­спортных данных приводится коэффициент ослабления синфаз­ных входных напряжений . Он определяется как отношение синфазного входного напряжения к пересчитанному на вход каска­да напряжению ошибки:

(10.37)

где – коэффициент усиления (10.29):

(10.38)

Используя (10.33), получаем

(10.39)

Подставив (10.34) и (10.36) в (10.39), найдем связь коэффициента ослабления синфазного сигнала с параметрами ДК:

(10.40)

Если симметрия идеальная ( = 0), то . В нашем примере при = 1 МОм, = 50 Ом и = 0,04 = 5·105 (примерно 57 дБ), т.е. достаточно велик.
1   2   3   4   5



Скачать файл (3670.4 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru