3. Особенности дифференциального и синфазного режимов в схеме ду. Оос в ду.

Важной особенностью ДУ является тот факт, что режим его работы при усилении дифференциального и синфазного сигналов различен:

1. Если на входе ДУ действует дифференциальный сигнал, то возрастание тока через один из транзисторов (рис.9.2) сопровождается уменьшением тока через другой, в результате ток через резистор R_э остается неизменным. Следовательно, в режиме дифференциального сигнала ООС отсутствует и резистор R_э не влияет на коэффициент усиления ДУ в целом.

2. Если на входе действует синфазный сигнал, то на резисторе (R_э) в цепи эмиттеров VT1 и VT2 по переменной составляющей создается падение напряжения:

Это напряжение является напряжением отрицательной обратной связи, то есть усиление синфазного сигнала происходит при наличии отрицательной обратной связи и чем она глубже, тем меньше коэффициент усиления синфазного сигнала.

Таким образом, важной особенностью ДУ является тот факт, что он усиливает дифференциальный (рабочий) сигнал, а синфазный ослабляет.

Чем глубже ООС, тем сильнее ослабляется синфазный сигнал.

Увеличить ООС можно увеличением сопротивления резистора R_э.

К сожалению, увеличение Rэ не всегда целесообразно: увеличивается мощность, рассеиваемая на нем, увеличивается падение напряжения на эмиттерах транзисторов, а в интегральном исполнении схемы ДУ степень интеграции интегральной схемы снижается: активные элементы занимают много места на кристалле ИС.

С учетом названных недостатков в современных схемах ДУ используют дифференциальное сопротивление дополняющего транзистора VT3 (рис.9.6). В пределах пологого участка вольтамперных характеристик биполярного транзистора большим изменениям напряжения соответствуют незначительные изменения тока, что говорит о большом дифференциальном сопротивлении дополняющего транзистора VT₃, ток базы которого задается с помощью резистора R_б5. Следовательно, схему на транзисторе VT₃ можно рассматривать как генератор тока, сопротивление которого очень большое.

Рис.9.6

Рис.9.7.

В этом случае коэффициент ослабления синфазного сигнала

Таким образом, за счёт сопротивления генератора удаётся значительно ослабить действие синфазного сигнала.

В современных схемах ДУ в качестве нагрузки в коллекторных цепях и источника тока в эмиттерных цепях используются токовые зеркала. В качестве примера схемы ДУ с генератором тока в виде токового зеркала приведена схема на рис.9.7. Анализа схемы на рис.9.7. не дано: схема приведена только в качестве примера. О токовых зеркалах смотри в лекции 7.

4. Принцип действия, технические характеристики ду на полевых моп-транзисторах.

На рис.9.8. представлена схема ДУ на МОП-транзисторах с индуцированным n-каналом. Основное отличие режимов входных цепей ДУ на биполярных и полевых МОП-транзисторов является то, что входные цепи МОП-транзисторов не потребляют токов.

Подробный анализ работы схемы ДУ был проделан на примере схемы ДУ на биполярных транзисторах, поэтому в данном случае остановимся только на особенностях работы ДУ с использованием полевых транзисторов.

Рис.9.8.

Схемы замещения входных цепей для дифференциального и синфазного сигналов даны на рис. 9.9 и 9.10 соответственно.

1. Рабочая точка для обоих транзисторов задаётся генератором стабильного тока. В современных разработках схем ДУ в качестве ГСТ используются «токовые зеркала» (рис.9.7).

Примечание. Информацию о токовых зеркалах смотрите в лекции 7.

Рис.9.9.

Рис.9.10

2. В соответствии с первым законом Кирхгофа

Считаем схему ДУ (рис.9.8) симметричной: R_с1=R_с2; U_зи1=U_вх1; U_зи2=U_вх2; U_зи1= U_зи2.

2. Выходные напряжения:

Так как схема ДУ симметрична, то усиления синфазного сигнала не происходит: при действии синфазного сигнала напряжения на обоих входах изменяются на одну и ту же величину, при этом токи в каждой ветви схемы остаются без изменения. Следовательно, выходные напряжения также останутся без изменения:

Таким образом, полное подавление синфазного сигнала происходит в том случае, если ток генератора стабильного тока делится поровну между левой и правой ветвями схемы ДУ.

2. Если на входе ДУ дифференциальный сигнал получил приращение ±∆U_зи, то и токи I_c1 и I_c2 изменятся:

Сумма же этих токов остаётся неизменной и равняется току ГСТ (I₀)

Те же перемены произойдут и с напряжениями на выходе U_вых1 и U_вых2:

Таким образом, схема ДУ усиливает только дифференциальные составляющие сигнала.

Коэффициент усиления дифференциального сигнала (рис.9.9).

Переменные составляющие тока стока

Коэффициент усиления по напряжению каждого плеча схемы ДУ

Коэффициент усиления ДУ

Коэффициент усиления синфазного сигнала

При действии синфазного сигнала оба входа ДУ оказывается под одним потенциалом (U_зи1 = U_зи2). Токи i_c1 и i_c2 равны и имеют одно направление

отсюда определим напряжение U_зи

где r_г ─ сопротивление генератора стабильного тока (ГСТ).

Выходные напряжения в режиме синфазного сигнала

Определим коэффициент усиления синфазного сигнала с нессиметричного выхода

Сопротивление генератора тока гораздо больше сопротивления резистора R_c, следовательно, коэффициент усиления синфазного сигнала мал.

В случае, если сигнал снимаем с симметричного выхода при идеальной симметрии, то

Коэффициент ослабления синфазного сигнала (рис.10)

В идеально симметричном ДУ коэффициент ослабления синфазного сигнала равен бесконечности.

Входное сопротивление ДУ, выполненного на полевых МОП-транзисторах значительно больше, чем у ДУ на биполярных транзисторах