Термины. Дифференциальные усилители (ДУ) - мостовые схемы с высоким коэффициеном подавления сигналов синфазных помех

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ КАСКАДЫ

Дифференциальные усилители (ДУ) - мостовые схемы с высоким коэффициеном подавления сигналов синфазных помех. К таким помехам относятся дрейф нуля из-за нестабильности источника питания DU_ИП и температурный дрейф.

ДУ - это входной блок ОУ, самого распространенного класса АИС. Такая область применения связана с такими достоинствами схемы, как:

· высокая стабильность по постоянному току;

· 2 входа и 2 выхода;

· легко осуществляется сдвиг уровня выходного сигнала;

· легко строить инвертирующие и неинвертирующие усилители;

· выходной сигнал не зависит от величины входного сигнала, а только от разности входных сигналов, разностный усилитель.

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 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. 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.

Если выход №2 рассматривать как

выход схемы - то другой вход вх.1

будет неинвертирующим, а вход-

вх.2 - инвертирующим.

+U

R_K I₁ I₂

U₁ вых2

вх1 вх2 U₂ (1)

I₀

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

U₁ = U_с/ф + U_п/ф, U₂ = U_с/ф - U_п/ф Þ U_с/ф = (U₁ + U₂)/2; U_п/ф = (U₁ - U₂)/2;

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

вх1 вх2 вх1 вх2

U₁ U₂ + ^{- + -}

U_п/ф/2 U_п/ф/2

U_с/ф

Теорема бисекции (расщепления, замещения).

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

Резисторы удваиваются, генераторы тока делятся пополам I₀/2. Покажем на типовой схеме.

R1 R3 R6 2R3 R6

вх1 вх2 Т3 R1 T3

T1

R4 Þ U_вхс/ф Т1 2R4

R2

R5 2R2 2R5

При действии только парафазных сигналов рассматривается только приращения токов, они разнонаправлены, поэтому в перемычках тока не будет вследствие компенсации, потенциалы точек на оси симметрии не изменятся. Точки на схеме, не получающие приращений напряжений, можно заземлить.

R1 R6

U_1п/ф Т3

Т1

Рассматриваем токовую пару ДУ. Возможная неидентичность транзисторов ведет к рассогласованию коллекторных потенциалов, или напряжению смещения нуля U_0см:

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 I₁

, I_Б2 I₂

I₁ = I_K1 = I_K0exp(U_БЭ/j_T) I₀

I₂ = I_K0exp[(U_БЭ2+U_0см)/j_T],

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

при U_0см=0 U_D = U₁-U₂, a U_{п/ф(диф)} = (U₁-U₂)/2.

Передаточная характеристика каскада определяется следующим выражением:

.

Величина U_0см» 1-2 мВ для кремниевых ИБТ. Изобразим характеристику переключения с учетом напряжения смещения нуля.

I₂/I₀ I₁/I₀

I₁ 0.99

A_Uc/ф = dU_вых/dU_с/ф =R_K/(r_вх + 2R₀),

r_вх = r_Э+(R1 +r_Б)/b,

A_Uдифmax½_Ud=0 = - aI₀R_K/j_T,

I₂ 0.01

-50 U_D-U_0см +50 мВ

Ток переключается на 99% при U_D=55 мВ.

Рассмотрим выходное напряжение и коэффициент усиления по напряжению в дифференциальном каскаде.

g_fдиф=I₁I₂/(I₀j_T)=I₁(I₀-I₁)/(I₀j_T), g_fсинф = g₀I₂/I₀.

.

Дата добавления: 2014-01-06