Термины

Если уровни U_вх1 и U_вх2, действующие во взаимно симметричных точках, изменяются одновременно, равны по амплитуде и одного знака, то это синфазное изменение сигналов.

Сигналы, равные по амплитуде, но противоположные по знаку, называются парафазными или дифференциальными.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала (КООС) - отношение выходного полезного дифференциального сигнала к выходному синфазному сигналу (при условии, что полезный и синфазный входные сигналы имеют одинаковую амплитуду). КООС измеряется в децибеллах. Хороший ДУ - высокий КООС, отсюда применение ДУ для выделения полезного сигнала на фоне шумов.

Базовая схема ДУ. Идеальный ДК - полностью согласованная схема, т.е. обеспечена полная идентичность симметричных элементов и параметров:

a, b, R, I_0Д, r_Б, r_К, r_Э = j_T/I_Э, А_Э1 = А_Э2.

Базовый элемент ДУ – эмиттерно-связанная пара на Т1-Т2

Если выход №2 рассматривать как основной выход схемы - то вход №1

будет неинвертирующим, а вход- №2 - инвертирующим.

+U

R_K I₁ I₂

U_вых1 U_вых2

вх1 Т1 Т2 вх2 U₂

U₁

I₀

Произвольные сигналы на входах U₁ и U₂ (I₁ и I₂) можно представит в виде комбинации синфазных и парафазных сигналов. В соответствии с определением сигналов:

U₁ = U_с/ф + U_D, U₂ = U_с/ф - U_D.

Сложим и вычтем эти уравнения:

U_с/ф = (U₁ + U₂)/2;

U_D = (U₁ - U₂)/2 отсюда U_диф = U₂ - U₁ = 2U_D.

Аналогично для токов:

i₁ = i_с/ф + i_диф, i₂ = i_с/ф - i_диф, i_с/ф = (i₁ + i₂)/2, i_диф/2 = (i₁ - i₂)/2.

вх1 вх2 вх1 вх2

U₁ U₂ + ^{- + -}

U_диф/2 U_диф/2

U_с/ф

Рассматриваем токовую пару ДУ на транзисторах Т1-Т2. Возможная неидентичность транзисторов ведет к рассогласованию коллекторных потенциалов при нулевом входном сигнале, или напряжению смещения нуля U_см0.

Пусть есть разница в падениях напряжений на р-n- переходах Т1 и Т2,

ее можно определить через начальные токи в уравнении Э.-М.:

I_Б1 I_К1

, I_Б2 I_К2

I₁ = I_K1 = I_K0exp(U_БЭ/j_T), I₀

I₂ = I_K2 =I_K0exp[(U_БЭ2+U_0см)/j_T],

I₁ + I₂ = I₀, отсюда можно получить систему уравнений для токов:

при U_см0 = 0, 2U_D = U₁ - U₂.

Передаточная характеристика каскада определяется следующим выражением (основной выход схемы – выход №2):

.

Для кремниевых ИБТ типовая величина U_см0» 1-2 мВ. Построим характеристики переключения ДУ с учетом напряжения смещения нуля.

Для демонстрации влияния напряжения смещения на переключательную и передаточную характеристику строим ее в зависимости от U_D. Максимальный коэффициент усиления схемы будет в середине передаточной характеристики. Передаточная характеристика построена для идеального ДУ с U_см0. на переключательной токовой характеристике показано смещение характеристики относительно начала координат.

U_вых= U_ИП

-2j_Т 2j_Т U_D

I₂/I₀ I₁/I₀

I₁ 0.99

I₂ 0.01

-50 U_D-U_0см +50 мВ

Ток переключается на 99% при U_D = 55 мВ» 2j_Т.

Расчет коэффициентов усиления ДУ. Рассчитываем коэффициенты усиления дифференциального и синфазного сигнала независимо. Используем методику теоремы бисекции или рассечения.

Теорема бисекции (расщепления, замещения).

Для упрощения расчетов коэффициентов усиления ДУ схема делится посередине на абсолютно симметричные части. Отдельно рассматриваем реакцию схемы на синфазный и парафазный входной сигнал.

При действии в схеме только синфазных сигналов потенциалы во взаимно симметричных узлах равны. Если соединить эти точки, ток будет равен нулю, поэтому эти точки можно разомкнуть и исследовать только половину схемы:

U₁ = U₂ = U_с/ф

U₁ U₂ U₁ U₂ U₁ U₂

Если линия сечения проходит через резистор, резисторы удваиваются, генераторы

тока делятся пополам I₀/2. Покажем на типовой схеме двухкаскадного ДУ.

R1 R3 R6 2R3 R6

U_вых -U_вых

вх1 вх2 Т3 R1 T3

T1

R4 Þ U_вхс/ф Т1 2R4

I₀ I₀ I₀/2 I₀/2

R2

R5 2R2 2R5

При действии только парафазных сигналов рассматриваются только приращения

токов, они разнонаправлены, поэтому в узлах симметрии (в перемычках)

тока не будет вследствие компенсации, потенциалы точек на оси симметрии не

изменятся. Точки на схеме, не получающие приращений напряжений, можно заземлить:

R1 R3 R6 R6

U_вых U_вых

вх1 вх2 Т3 R1 T3

T1

R4 Þ U_вхс/ф Т1

I₀ I₀ I₀/2 I₀/2

R2

R5

Расчет A_U.

Дата добавления: 2014-01-04