Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
входному сигналу, то есть в случае, когда сигнал на входе (1) отличается
от сигнала на входе (2). Здесь мы можем больше не предполагать, что
сопротивление между эмиттерами пренебрежимо мало, как это делалось в
схеме на рис. 8.6, так как это предположение означало бы, что входные
сигналы не могут быть различными. И в самом деле, у каждого транзистора в
эмиттере есть динамическое сопротивление ге , как мы впервые увидели это
в разделе 5.12.2 в связи с эмиттерным повторителем.
В параграфе 6.3 было показано, что г напрямую связано с крутизной
транзистора gm :
г = -; если gm - в миллиамперах/вольт, то г - в килоомах.
&т
[(6.10)]
Кроме того, величина gm определяется средним значением эмиттерного тока
транзистора 1Е , так что
g", = 401Е ; если 1Е - в миллиамперах,
то gm - в миллиамперах/вольт. [(6.11)]
Сейчас, глядя на эквивалентную схему, представленную на рис. 8.7, где на
входы дифференциального усилителя поданы разные входные сигналы, мы
рассмотрим переменные токи, протекающие по сопротивлению г в каждом
транзисторе. Будет разумно предполагать, что сопротивление R} много
больше по величине, чем г , так что синфазным переменным током (/,),
текущим в резисторе Rv можно пренебречь по сравнению с токами /е1 и iel .
Тогда по закону Ома
_vin(l)-vin(2)
>al • /J
е2 -
2 ге
и, считая, что ic ~ ie , получаем
Дифференциальный усилитель 185
Рис. 8.7. Дифференциальный усилитель с разными сигналами на входах.
Символическое изображение транзисторов включает эквивалентное
сопротивление г эмитгерного перехода.
V R --*"(V"(")-Vin(2))
vout ~ ^
2 rt
Поэтому, подставляя gm = 1/ г , имеем:
_ ~ 8 т ^1 (vin(l) ~ vin(2)) (8 7)
2
Мы видим, таким образом, что дифференциальный усилитель реагирует на
разность потенциалов между его входами. Обратите внимание, что если
vin(1) положительнее v.n(2), то выходной сигнал отрицателен, а если v по-
ложительнее v то выходной сигнал положителен. Вот почему вход (1)
называется инвертирующим входом, а вход (2) - неинвертирующим.
Дифференциальный коэффициент усиления напряжения равен
Ауо =-----~-------~ ; g - в миллиамперах/вольт,
vin(l) - vin(2) 2
/?, - в килоомах. (8.8)
Как и в однокаскадном усилителе с транзистором, включенным
по схеме с общим эмиттером, коэффициент усиления напряжения имеет
вид про-
изведения крутизны на сопротивление нагрузки. Эффективная крутизна
дифференциального усилителя gm m оказывается равной половине крутизны
любого из транзисторов в отдельности, то есть
186 Низкочастотные сигналы, постоянный ток и дифференциальный усилитель
& m(eff)
поэтому
&т(е ff)
40/
(ток IT, текущий по эмиттерному резистору, - это сумма двух равных по
величине эмиттерных токов). Значит,
А'О
-10ITRX
(8-9)
В последних соотношениях 1Е - средняя постоянная составляющая эмиттерного
тока каждого транзистора (в миллиамперах), а /г - средняя постоянная
составляющая тока в резисторе Л, (в миллиамперах).
В параграфе 6.8 мы видели, что проходная характеристика одиночного
каскада на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, суще-
(а)
1С
(мА)
У,, (мВ)
Напряжение дифференциального входа (мВ)
Рис. 8.8. Сравнение типичных проходных характеристик для (а) одиночного
каскада на транзисторе, включенном по схеме с обшим эмиттером, и (b) для
дифференциального усилителя. В каждом случае изображены зависимости
коллекторного тока от входного напряжения, из которых следует большая
линейность дифференциального усилителя.
Дифференциальный усилитель 187
ственно нелинейна из-за экспоненциальной вольт-амперной характеристики
диода, образованного базой и эмиттером. Крутизна непрерывно меняется в
зависимости от мгновенного уровня сигнала, так как изменяется эмиттерный
ток, что приводит к искажениям в сигнале. Интересно отметить, что
- с другой стороны - дифференциальный усилитель по своей природе
линеен по отношению к малым входным сигналам. Это происходит потому, что
с увеличением эмиттерного тока Тх эмиттерный ток Т2 должен уменьшаться,
так как сопротивление эмиттерного резистора /?3 много больше, чем г , и
поэтому цепь, содержащая резистор R}, ведет себя как источник постоянного
тока. Любое увеличение gm , обусловленное ростом эмиттерного тока Тх,
компенсируется соответствующим уменьшением gm в Т2. Это справедливо
только для малых сигналов, но все же дифференциальный усилитель является
значительно более линейным, нежели схема с общим эмиттером, и это можно
видеть на рис. 8.8, где для сравнения приведены две проходные
характеристики. У дифференциального усилителя линейный диапазон
простирается в пределах приблизительно ± 25 мВ по оси дифференциального
входного сигнала.
8.4.3 Подавление синфазного сигнала и уменьшение дрейфа
Из приведенного рассмотрения нам известно, что дифференциальный усилитель
обладает очень малым коэффициентом усиления, когда на оба входа подан
один и тот же (синфазный) сигнал, но чувствителен и имеет большой
коэффициент усиления по отношению к разности потенциалов между входами (к
