Диференційний каскад

Лекція 20

При паралельному живленні окремі транзистори каскодної схеми можуть бути з’єднані безпосередньо (якщо транзистор різної структури) або через роздільні елементи (можуть бути використані транзистори будь якої структури). В останньому випадку каскадну схему отримають звичайним каскадуванням транзисторів, ввімкнених за схемою спільний емітер – спільна база.

Завдяки нечутливості до симфазних завад, високій стабільності, високій універсальності диференційні каскади широко використовуються в інтегральній схемотехніці, вони є основою побудови диференційних підсилювачів. На основі диференційних каскадів можуть бути побудовані практично всі вузли: змішувачі та перетворювачі частоти, амплітудні та фазові маніпулятори, амплітудні модулятори, регульовані підсилювачі в схемах автоматичного регулювання потужності і т.п. Є багато різновидів схем диференційних каскадів та варіантів його використання.

Базова схема

Іе₁ = Іе₂

Ік₁ = Ік₂

Генератор стабільного струму ГСС забезпечує Іе₁ + Іе₂ = const

Оскільки Uвх прокладено до баз протифазно, то і струми Ік₁, Іе₁, Ік₂, Іе₂ будуть змінюватись протифазно під дією вхідного сигналу. Тобто якщо під дією вхідного сигналу струм змінюється на величину ∆Іе₁ (∆Ік₁) – нехай зростає, -∆Іе₂ (-∆Ік₂), то /∆Іе₁/ = /∆Іе₂/

/∆Ік₁/ = /∆Ік₂/, тому що в режимі спокою Іе1₀ + Іе2₀ = Іст.

Іе1₀ + ∆Іе₁ + Іе1₀ + Ік2₀ - Іе₂ = Іст. – на яку величину зменшиться ∆Іе₁ та таку зросте ∆Іе₂

Потенціали колекторів будуть протифазно змінюватись на одну й тужу величину

∆ Uвих₂ = ∆ Ік₁ ּ Rк₁ ∆ Uвих₂ = -∆ Ік₂ ּRк₂

Таким чином, якщо в стані спокою Uвих₀= Uк₁₀ – то при наявності сигналу ∆Uвих = 2ּ ∆Uвих₁ = 2ּ ∆Uвих₂

В операційних підсилювачах джерела струму виконують за складними схемами і тому стабільність Іст. дуже висока, це значить, що при зміні температури колекторні струми (робоча точка) практично не змінюватимуться. Цим досягається температурна стабільність. Крім того, якщо при дії зовнішніх факторів режим роботи буде змінюватись, то ці зміни не приведуть до зміни Uвих., оскільки вони будуть синфазними в обох плечах. В той же час, оскільки сигнал протифазний, на виході можна отримати дві протифазних Uвих.₁ та Uвих.₂, або диференційовану напругу між двома плечами Uвих. = Uвих.₁ - Uвих.₂, або з урахуванням фази Uвих. = 2ּUвих._2. Тобто диференційна напруга сингалу буде вдвічі більшою, ніж вихідна напруга кожного з плеч. В більш простих схемах генератор стабільного струму виконують одно транзисторним.

Недолік розглянутих схем – наявність двох джерел живлення, але при цьому досягається найбільша стабільність. Диференційний каскад можна роботи і з одно полярним джерелом живлення.

В більш простому варіанті генератор стабільного струму замінюється резистором з відповідним зниженням стабільності роботи.

Диференційний каскад може використовуватись, як з одним, так і з двома джерелами сигналу.

Uвх.дк = Uвх₁ + Uвх₂

Розглянемо часткові випадки: Uвх₁ та Uвх₂ протифазні, то на вході буде їх сумарна напруга. В цьому випадку на вході отримують вихідну напругу:

Uвих₁ = К₁ּUвх₁ = RкּUвх.₁/(2ּR_e + r_e) = = Rк/2ּR_e

Uвих₂ = К₂ּUвх₁ = RкּUвх.₂/(2ּR_e + r_e) = = Rк/2ּR_e

Uвих_.диф = Uвих₁ + Uвих₂ = RкּUвх.₁/(2ּR_e + r_e)

Тобто коефіцієнт підсилення при диференційному ввімкнені для диференційного сигналу буде вдвічі більший, ніж для кожного з плеч. Якщо вхідні сигнали симфазні, то вихідна напруга буде дорівнювати нулю. Можна казати, що коефіцієнт підсилення ідеальних диференційних каскадів для синфазних сигналів дорівнює нулю. Цю властивість придушувати синфазні сигнали (завади) характеризують коефіцієнтом послаблення синфазного сигналу. Реальні диференційні каскади є не зовсім симетричними, тому коефіцієнт послаблення синфазного сигналу дорівнює 40 – 110 дБ. Ця властивість дозволяє використовувати каскад з довгими симетричними лініями на вході.

В цьому випадку джерело сигналу під’єднано протифазно, а електро – рушійна сила завад е_З1 та е_З2 синфазно.

Оскільки завада діє на обидві з’єднані лінії однаково, на вході диференційного каскаду буде послаблено коефіцієнтом послаблення синфазного сигналу при диференційному ввімкнені. Для диференційного сигналу вхідний опір дорівнює 2bre.

Лекція №21.

Диференційний каскад можна використати в несиметричному вигляді, як по входу так і по виходу.

Заземлене

джерело

сигналу.

C_бл –коротке замикання є шляхом до U_с, тобто джерело підєднано до

ообох входів, один з

яких заземлений.

Схеми аналогічні, вибір плеча з якого знімають вихідної напруги U_вих визначається вибором фази U_вих. це в тому випадку коли джерело сигналу в зворотному зв’язку.

Плече яке не використовують може бути з’єднаним з джерелом живлення безпосередньо, якщо потрібна повна несиметрія. За допомогою цієї схеми можна перейти від симетричного незаземленого ДС до несиметричного.

Диференціальний каскад часто використовують для додавання вхідного сигналу та зворотного зв’язку.

β = U_зз /U_вих = R₁ /(R_зз+R_вих)

Вибирають плече таким чином, щоб ЗЗ було НЗЗ.

Використання ДК для регулювання підсилення.

I_ст. = ­I_ст1 + I_ст2 =const, при U_рег = const.

I_ст = φ(U_рег)

­I_ст1 = I_ст2 =γ(U_рег)

S = 40·I_c [mA /B]

S = 1/r_c

Схема підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення може використовуватися в системах АРП, АРЗ, а також в схемах амплітудних модуляторів (U_вх буде ВЧ сигналом, на вхід U_рег подається моделювальна напруга, U_вих являє собою АМ коливання).

РОЗДІЛ

Дата добавления: 2014-12-25