Файл: С.Н. Гринфельд Физические основы электроники уч. пособие.doc

Коэффициент ослабления (подавления) синфазного сигнала (KОСC) является основным параметром ДУ, характеризующим качество его работы. Для того чтобы представить этот параметр, прежде всего, необходимо определить коэффициент усиления по напряжению ДУ для синфазного сигнала (К_u_сф)_.

При воздействии синфазного сигнала на ДУ можно представить, что его входы соединены друг с другом. Как уже анализировалось в разделе 7.3 (см. рис. 7.4), в данном случае резистор R_э, будет создавать последовательную ООС по току для каждого плеча ДУ (каскада ОЭ). Обычно эту ООС стараются сделать глубокой. Коэффициент усиления плеча для синфазного сигнала можно представить как К_u_оскаскада ОЭ при глубокой ООС с помощью формулы:

К_u_ос= -R_к/R_э,

т.е. для первого плеча:

K_u_сф1=R_к1/R_э,

и для второго

K_u_сф2R_к2/R_э.

Теперь можно записать для K_u_сфвсего ДУ:

. (7.7)

Из формулы (7.7) следует основной вывод, который в разд. 7.3.1 был сформулирован в виде двух основных требований к ДУ. Действительно, чем лучше симметрия плеч ДУ, тем меньше ∆R_к. Поскольку идеальная симметрия невозможна, то всегда ΔR_к≠ 0. При заданном ΔR_к, уменьшитьK_u_сфможно за счет увеличения глубины ООС, т.е. увеличенияR^э. Обычно КОСС представляется как отношение модулей К_u_дифи К_u_c_ф, выраженное в децибелах, т.е.

KOСC= 201g(К_u_диф/ К_u_c_ф).

Раскрыв значения коэффициентов усиления из выражений (7.4) и (7.7), можно записать:

(7.8)

где δ = ΔR_к/R_к— коэффициент асимметрии ДУ.

Рис. 7.7. Схема ДУ с генератором

стабильного тока

ри необходимости коэффициент асимметрии можно дополнить слагаемыми, представляющими разброс других параметров элементов устройства. Напомним, что разброс номиналов резисторов в монолитных ИС не превышает 3%. В дифференциальном усилителе всегда стремятся сделать КОСС как можно больше. Для этого следует увеличивать номиналR_э. Однако существует несколько серьезных причин, ограничивающих эту возможность. Самая главная из них заключается в больших трудностях при реализации резисторов значительных номиналов в монолитных ИС. Решить эту проблему позволяет использование электронного эквивалента резистора большого номинала, которым является генератор стабильного тока (ГСТ). На рис.7.7 приведена принципиальная схема ДУ с генератором стабильного тока (ГСТ). Здесь ГСТ выполнен на транзисторе Т_З. РезисторыR₁,R₂иR₃, а также диодDслужат для задания и стабилизации режима покоя транзистора Т_З.

Напомним, что для реальных условий ГСТ представляет собой эквивалент сопротивления для изменяющегося сигнала (в нашем случае синфазного) большого номинала - до единиц мегаом. Кроме того, в режиме покоя ГСТ представляет собой относительно небольшое сопротивление (порядка единиц килоом), из-за чего и все устройство будет потреблять от источников питания относительно небольшую мощность. Таким образом, использование ГСТ в ДУ позволяет реализовать усилитель в виде экономичной монолитной ИС, имеющей большой КОСС. Современные ДУ могут быть выполнены по различным схемам, но в них всегда используется ГСТ. Для таких ДУ значения КОСС обычно лежат в пределах 60...100 дБ.

7.3.4. Разновидности дифференциальных усилителей

В большинстве практических случаев ДУ используется как входной каскад многокаскадных усилительных ИС. Поэтому при разработке ДУ стремятся реализовать в нем значительное входное сопротивление для дифференциального сигнала. Одной из разновидностей таких устройств является ДУ на составных транзисторах (рис. 7.8). Здесь ГСТ изображен символически.

Отметим, что составной транзистор позволяет получить большой коэффициент усиления по току. При равенстве параметров транзисторов в плече ДУ его R_вхплможет быть рассчитано по формуле:

R_вх= β²R_э,

где вместо R, следует подставить сопротивление эмиттерного переходаr_э, транзистора Т₃(или Т₄).

Для получения больших R_вхплцелесообразно использовать ДУ в режиме малых токов (в микрорежиме), что будет приводить к возрастаниюr_э. Кроме того, желательно применять транзисторы с высокими значениями β.

Другой разновидностью ДУ с повышенным входным сопротивлением является усилитель на полевых транзисторах. На рис.7.9 приведена принципиальная схема одного из вариантов ДУ на МДП-транзисторах. Здесь использованы МДП-транзисторы сn-каналом, который может быть и встроенным, и индуцированным. Подложки МДП-транзисторов могут быть соединены со своими истоками или с общей шиной.

В рассматриваемом ДУ МДП-транзисторы Т₁и Т₂выполняют свои основные усилительные функции активных элементов, а Т_Зи Т₄- функции резисторов. Такой ДУ иногда называют усилителем с динамической нагрузкой. Коэффициент усиления по напряжению для дифференциального сигнала определяется отношением ширин каналов МДП-транзисторов (см. рис. 7.9) Т₁и Т_З(или Т₂и Т₄).

Технологически это отношение сделать большим очень трудно, поэтому в реальных структурах К_u_дифобычно не превышает 10, и коэффициент ослабления синфазного сигнала у таких ДУ тоже меньше, чем у ДУ на биполярных транзисторах. Однако входные сопротивления велики как для дифференциального, так и для синфазного сигналов (более 10¹⁰Ом). В дифференциальных усилителях на МДП-транзисторах обычноR_вх
плопределяется утечками структуры. Для получения ДУ с очень большими входными сопротивлениями и с хорошими другими параметрами целесообразно использовать усилитель рис.99, в котором транзисторы Т₁и Т₂являются МДП-транзисторами.

В ИС широкое распространение получили замены резисторов транзисторами, которые, являются наиболее предпочтительными элементами для ИС. Пример такой замены приведен (см. рис. 7.9). Однако не только МДП-транзисторы, но и биполярные широко используются в усилительных ИС (в частности, в ДУ) вместо резисторов R_к, т. е. выполняют в усилителях функцию динамических нагрузок.

Рис. 7.10. ДУ с динамической нагрузкой

апример, в ДУ с динамической нагрузкой (рис. 7.10) выполнен на комплементарных транзисторах:n-p-n-транзисторах Т₁, Т₂иp-n-p-транзисторах Т_Зи Т₄. Транзисторы Т₁и Т₂выполняют свои обычные функции усилительных элементов, а транзисторы Т₃и Т₄- нагрузочных элементов, т. е. резисторов. Транзистор Т₃включен по схеме диода. Предположим, что на базу у транзистора Т₁приложена в рассматриваемый момент положительная полуволнаU_вх1. В результате в цепи транзистора Т₃возникает приращение тока (∆I_к1), протекающего в направлении, указанном стрелкой (см. рис. 7.10).

За счет этого тока возникает приращение напряжения между базой и эмиттером Т₃, которое является приращением входного напряжения для транзистора Т₄. Таким образом в цепи «эмиттер – коллектор» Т₄ возникает приращение тока, практически равное ∆I_к1, поскольку в ДУ плечи симметричны. Структуру, основой которой являются транзисторы Т₃ и Т₄, принято называть отражателем тока, или токовым зеркалом. Отражатели тока находят широкое применение в современных ИС непрерывного действия.

Итак, в рассматриваемый момент на базу транзистора Т₂приложена отрицательная полуволнаU_вх2. Следовательно, в цепи его коллектора появилось отрицательное приращение тока (∆I_к2),протекающего в направлении, указанном стрелкой (см. рис. 7.10). При этом приращение тока нагрузки для ДУ равно:

∆I_к1+ ∆I_к2,

т.е. ДУ с отражателем тока обеспечивает большее усиление дифференциального сигнала. В данном случае

К_u_диф= βR_н/ (R_г+R_вх).

Необходимо также отметить, что для рассматриваемого варианта ДУ в режиме покоя ток нагрузки равен нулю.

В многокаскадных УПТ R_нявляется входным сопротивлением последующего каскада, значение которого, как было показано ранее, может быть очень большим. Таким образом, ДУ с отражателем тока является усилителем с большим К_u_дифи, естественно, обладает всеми преимуществами дифференциальных усилителей.

Смотрите также файлы

Г.М. Гринфельд ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ уч. пособие.doc

Г.М. Гринфельд лекции по курсу дискретные системы автоматического управления.doc

Экологический аудит лекции.doc

Экологический аудит 4 лекции.docx

Экологический аудит 3 лекции.doc

Файл: С.Н. Гринфельд Физические основы электроники уч. пособие.doc

7.3.3. Коэффициент ослабления синфазного сигнала

7.3.4. Разновидности дифференциальных усилителей

Смотрите также файлы

Информация

Списки файлов

Дополнительно