рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель - раздел Изобретательство, Схемотехника 1.1.1 Режимы Работы Дифференциального Усилителя Дифференциальный У...

1.1.1 Режимы работы дифференциального усилителя

Дифференциальный усилитель (см. рисунок1.1) усиливает разность входных сигналов, который называется дифференциальным сигналом. Его можно строить на биполярных и униполярных транзисторах. Он представляет собой параллельно-балансный каскад или сбалансированный мост. Строится на двух усилителях постоянного тока с общим эмиттерным сопротивлением Rэ. Коллекторные нагрузки Rк1 = Rк2. Идентичные транзисторы VT1 и VT2 вместе с резисторами Rк1 и Rк2 представляют собой плечи моста, в одну диагональ которой включен источник питания Ек, в другую – нагрузка Rн.

Питание каскада осуществляется от двух источников Eк = Eэ, т.е. суммарное напряжение питания .

С помощью уменьшается потенциал эмиттеров VT1 и VT2 относительно общей точки, при этом отпадает необходимость согласования потенциалов.

На дискретных транзисторах трудно получить абсолютную симметрию, поэтому качественные ДУ строятся на интегральных микросхемах.

 

Рассмотрим возможные режимы работы ДУ:

а) режим покоя. Оба входа ДУ закорочены на землю, т.е. .

Напряжения база-эмиттер покоя равны минус Uэ . В свою очередь напряжение на эмиттере равно

Следовательно, напряжение на базе .

Оба транзистора открыты, работают в активном режиме. Текут токи покоя . Они создают на Rк1 и Rк2 одинаковое падение напряжения, следовательно, . снимается с Rн .

Токи эмиттеров Iэ1= Iэ2; Iэ = Iэ1+ Iэ2.

Достоинства схемы:

- не нужен источник компенсирующей ЭДС;

- уменьшается дрейф от нестабильности напряжения питания и от температурной нестабильности. Например, при увеличении напряжения питания Ек или температуры окружающей среды приращения напряжения на коллекторах одинаковые по величине и по знаку, следовательно, Δ .

б) режим с входными сигналами. Рассмотрим три способа подачи сигнала:

1) сигнал ес>0 подается между базами транзисторов (см. рисунок1.2,а).Тогда , .

Приращения коллекторных токов 0< , приращения коллекторных напряжений 0> . Выходное напряжение .

Изменение тока коллектора вызывает изменение тока эмиттера 0< , общий ток эмиттера , следовательно, – ток эмиттера постоянный

На эмиттере нет приращения напряжения, Э также постоянно. Т.е. имеет место стабилизация напряжения по постоянной составляющей, отсутствует обратная связь по переменной составляющей;

 
   

2) сигнал подается на одну из баз, а другая база заземлена (см. рисунок1.2,б). Такой вход называется дифференциальным входом.

Увеличивается ток базы . Следовательно, увеличивается ток коллектора и ток эмиттера . Напряжение на коллекторе уменьшается. Сумма эмиттерных токов постоянна. Следовательно, , , . Выходное напряжение, как и в предыдущем случае ;

3) сигналы поданы на оба входа и от двух независимых источников (см. рисунок6.4). Здесь справедлив принцип суперпозиции.

, где K – коэффициент усиления ДУ.

1.1.2 Дифференциальный усилитель с генератором стабильного тока

Разность входных сигналов называется дифференциальным сигналом.

Синфазный сигнал – это сигнал, действующий одновременно на обоих входах, например, сигнал вследствие изменения напряжения питания, температуры и др., т.е. это помеха, влияние которой надо ослабить. Для уменьшения действия синфазного сигнала (СС) необходимо стабилизировать ток эмиттера. Допустим, что на оба входа действует синфазное напряжение, стремящееся увеличить токи коллекторов Iк1 и Iк2, а их сумма равна Iэ, которая является постоянной величиной. Т.е. ток коллектора не будет увеличиваться, и напряжения коллекторов и выходное не будет изменяться. Для стабилизации тока эмиттера можно увеличивать эмиттерное сопротивление , но тогда необходимо увеличить напряжение питания, а его не нужно изменять. Вместо целесообразно ставить источник тока или генератор стабильного тока (ГСТ) на транзисторах, имеющего небольшое сопротивление по постоянному току и большое – по переменному (см. рисунок1.3).

В схему ГСТ входят: транзистор VT3,диод VD, резисторы R1, R2, R3 и источник питания – Еэ.

Ток Iэ является сумой токов эмиттеров транзисторов VT1 и VT2 дифференциального усилителя и задается он генератором стабильного тока на VT3. Схема ГСТ – это усилитель по схеме с общей базой. Его выходное сопротивление много больше RЭ в схеме на рисунке 1.1. Смещение на базу VT3 подается через делитель R1, VD, R2. Диод VD служит для термокомпенсации справедливо .

Должно выполняться условие R1>> R2, Rэ. Ток I1 через R1 постоянный, так как R1 большое и от температуры не зависит. В свою очередь по первому закону Кирхгофа .

При повышении температуры входная характеристика VT3 смещается влево, т.е. увеличивается ток эмиттера Iэ3. Одновременно уменьшается сопротивление диода VD, увеличивается ток I2, следовательно, уменьшается ток Iб3, равный I1I2. Ток Iк3 = a Iб3 также уменьшится. Таким образом, ток эмиттера дифференциального усилителя Iэ поддерживается стабильным.

Определим Iэ аналитическим путем.

Так как Iб3 << Iэ и можно считать Iэ3= Iк3 = Iэ, то

. (1.1)

Поскольку Iб3 << I1, то I1 = I2. Из рисунка 1.3 находим

. (1.2)

Из (1.1), учитывая, что находим Iэ

, т.е. ток Iэ зависит от температуры незначительно, что и требуется от ГСТ.

1.1.3 Разновидности схем дифференциальных усилителей

Основными задачами разработки разновидностей схем ДУ являются увеличение коэффициента усиления усилителя и увеличение входного сопротивления.

Используются следующие разновидности схем ДУ:

а) на входах ДУ ставятся составные транзисторы (пара Дарлингтона), у которых гораздо выше входное сопротивление и коэффициент передачи тока равен произведению коэффициентов передачи тока обоих транзисторов;

б) на входах ДУ ставятся эмиттерные повторители, у которых входное сопротивление сотни килоомов;

в) ДУ с полевыми транзисторами на входах;

г) ДУ с динамической нагрузкой.

1.1.4 Дифференциальный усилитель с динамической нагрузкой

Для увеличения коэффициента усиления усилителя Ku необходимо увеличить коллекторную нагрузку Rк, но тогда потребуется увеличить напряжение источника питания Ек. В интегральных схемах увеличение Rк ведет к увеличению площади и габаритов микросхемы. Поэтому в ИС используется динамическая нагрузка, т.е. вместо резисторов Rк1 и Rк2 ставятся транзисторы 3 и 4, которые имеют низкое сопротивление по постоянному току и высокое – по переменному. Транзисторы 3 и 4 имеют полярность, противоположную к основным (см. рисунок1.4).

Транзисторы VT1 и VT2 (n-p-n-типа) – основные, транзисторы 3 и 4 (p-n-p-типа) – коллекторная нагрузка. Эти транзисторы соединены коллекторами. Транзистор 3 используется в диодном включении. В эмиттерной цепи ставится генератор стабильного тока (ГСТ) для уменьшения влияния синфазного сигнала на схему.

Вход ДУ – дифференциальный, выход однотактный.

Транзисторы 3 и 4 включены по схеме токового зеркала – отражателя токов. Ток Iк1, протекая через 3, создает одинаковое смещение на базах транзисторов 3 и 4 Uбэ3=Uбэ4. Поэтому Iк4= Iк3, а Iк3 является током Iк1.

Следовательно Iк4=Iк1. 4 повторяет изменения токов VT1, т.е. 4 полностью повторяет Iк1, поэтому пара 3 и 4 называется токовым зеркалом.

Найдем , Uвых и Кu. Допустим, на вход подан сигнал ec. Приращение токов базы и . Тогда токи коллекторов и . Так как , то . Ток на выходе ДУ равен . Видно, что ток на выходе ДУ усилился в b раз и удвоился.

Выходное напряжение ДУ , где - входное сопротивление последующего каскада.

Коэффициент усиления ДУ . При .

Сопротивление может быть обеспечено в несколько сотен килоом, следовательно, коэффициент усиления ДУ по напряжению может достигать нескольких сотен и тысяч.

Таким образом, отражатель токов позволяет получить высокий коэффициент усиления по напряжению и удвоить сигнал на однотактном выходе.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Схемотехника

Некоммерческое акционерное общество.. Алматинский институт энергетики и связи.. Т М Жолшараева Схемотехника Алматы..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Дифференциальный усилитель

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Схемотехника
Учебное пособие     Алматы 2010 УДК 621.3.049 ББК 32.844Я73 Ж79. Схемотехника Учебное пособие/Т.М.Жолшараева А

Выходные каскады усилителей
Выходные каскады – это усилители мощности. Они служат для получения максимальной мощности в нагрузке при максимально возможном КПД и минимальных нелинейных искажениях. В микроэлектр

Операционный усилитель
1.3.1 Назначение и основные параметры операционных усилителей Операционный усилитель – универсальный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и однотактным выходом. Ид

Генераторы электрических сигналов
1.4.1 RC-генератор синусоидальных колебаний Достоинствами RC-генератора синусоидальных колебаний – на ОУ являются простота, дешевизна, малые масса и габариты и недостатком –

Автоколебательный мультивибратор
Основными свойствами интегральных операционных усилителей (ОУ), используемых при построении импульсных генераторов, является большое входное (сотни килоом) и малое (десятки омов) выходное со

Генератор линейно изменяющегося напряжения на операционном усилителе (ГЛИН)
На рисунке 1.31,а в схеме ГЛИН интегрирующая RC - цепочка включена в цепь отрицательной обратной связи ОУ. Управляется ГЛИН импульсами положительной полярности U­в

Гиратор
Гиратор – это электрическая схема, в которой в обратную связь ОУ включена RC- цепь, имитирующая катушку индуктивности. Иногда гираторы называют синтезируемыми индуктивностями. Такие «

Логические интегральные схемы
2.2.1Основные параметры логических интегральных микросхем а) входное U1вх и выходное U1вых напряжения логической единицы – значени

Переключатель тока
Особенность ЭСЛ заключается в том, что схема логического элемента строится на основе интегрального дифференциального усилителя (ДУ) в ключевом режиме (токовый ключ), выполненный на дв

Принцип действия базовой схемы ЭСЛ
Функционально схема ЭСЛ состоит из трех узлов (см. рисунок 2.25): а) токового переключателя на транзисторах VT1 ¸ VT4 и резисторах R1¸

Цифровые запоминающие устройства
2.5.1 Классификация запоминающих устройств Запоминающие устройства (ЗУ) составляют самостоятельный широко развитый класс микросхем средней, большой и сверхбольшой степени интеграци

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги