Дифференциальный каскад

План:

Введение

Дифференциальный каскад:

Парные усилители и квазиидеальный дифференциальный каскад

Подавление синфазного сигнала квазиидеальным ДК

Квазиидеальный ДК и его выходной сигнал

Несовершенство простого реального ДК как причина развития техники сложных ДК

Макромодели ДК

Параметры ДК:

Усилительные параметры

Входные сопротивления

Неидеальный источник эмиттерного тока ДК

Синфазный сигнал и CMRR

Бисекция для расчета режима ДК по постоянному току

Синфазное входное сопротивление ДК

Список литературы

Введение.

Дифференциальный каскад (ДК) представляет собой мостовую схему, в плечах которой включены идентичные элементы. В аналоговых интегральных микросхемах вследствие того, что все элементы создаются в едином технологическом процессе, практически обеспечивается идентичность резисторов и транзисторов. ДК питается от двухполярного источника питания с заземленной средней точкой, что позволяет подавать сигналы непосредственно на базы транзисторов. Если входы транзисторов заземлены, то токи транзисторов одинаковы, и вследствие идентичности резисторов R_k1 и R_k2 напряжение на дифференциальном выходе U_вых.д меду колекторами будет равно нулю. Если на входы схемы поданы сигналы одинаковые по величине и фазе, называемые синфазными, то токи обоих транзисторов будут изменяться на одинаковую величину, соответственно будут изменяться напряжения U_вых1 и U_вых2,а напряжение U_вых.д по-прежнему будет сохранаться равным нулю. Если на входы схемы поданы одинаковые по величине, но сдвинутые по фазе на 180* сигналы, называемые дифференциальными, то возрастание тока в одном плече будет сопровождаться уменьшением тока в противоположном, вследствие чего появится напряжение на дифференциальном выходе. Таким образом, схема в идеальном случае реагирует на дифференциальный сигнал и не реагирует на синфазный. Изменение температуры, паразитные наводки, старение элементов, флуктуация параметров транзисторов можно рассматривать как синфазные входные воздействия. Следовательно, ДК обладает очень высокой устойчивостью работы и малочувствителен к помехам.

Дифференциальный каскад.

Парные усилители и квазиидеальный дифференциальный каскад (ДК).

Изображенные на рисунке 1 а «почти» одинаковые транзисторы Т2 и Т1 образуют два несвязных друг с другом усилителя.

При подаче входных напряжений U₂ и U₁ напряжения на выходах усилителей U_вых2 и U_вых1 можно записать через почти одинаковые коэффициенты усиления К₁ и К₂ в виде

U_вых2 = К₂ *U₂ ,

 (1)

U_вых1 = К₁ *U₁ .

Рис. 1 Парные усилители и квазиидеальный дифференциальный каскад: а) “почти” одинаковые транзисторы Т2 и Т1; б) те же Т2 и Т1 включены в цепь сДК с идеальным генератором тока I₀ в эмиттерной цепи (вместе резисторов R_ee цепи а)

Разность (дифференциал) выходных напряжений составит

DU_вых =U_вых2 -U_вых1  = К₂ *U₂ - К₁ *U₁ . (2)

Представим входные напряжения в виде суперпозиции синфазной U_с и дифференциальной U_d составляющих:

U₂ =U_с + U_d , (3)

U₁ =U_с - U_d .

Откуда:

U_d = (U₂ -U₁ )/2, U_c = (U₂ +U₁ )/2. (4)

Подставив (3) в (2), получим:

DU_вых = К₂ * (U_с + U_d ) - К₁ * (U_с - U_d ) = U_с * (К₂ –К₁) + U_d * (К₂ +К₁). (5)

Введя синфазный коэффициент усиления

К_с = К₂ –К₁ (6)

 

и дифференциальныйкоэффициент усиления

К_d= К₂ +К₁ , (7)

запишем (5) в виде:

DU_вых = U_с * К_с + U_d * К_d. (8)

Пара (рис 1а) осуществляет, таким образом, вычитание сигналов на выходах усилителей; разность DU_вых (формулы 2, 8) наблюдается между коллекторными выходами транзисторов Т2 и Т1.

Дифференциальный каскад (ДК, рис 1б) реализует вычитание сигналов на входах усилителей; разность DU_вых /2 = dU_вых наблюдается между коллектором Т1 и землей. При этом формулы (3-8) для ДК оказываются справедливыми (если заменить DU_вых на dU_вых =DU_вых /2).

Вследствие наличия генератора тока в квазиидеальном ДК потенциал общей точки его эмиттеров (е на рис.1б) обычно близок к нулевому.

Подавление синфазного сигнала квазиидеальным ДК.

 

Пользуясь (8), рассмотрим следующие частотные случаи: