Diferensial gücləndiricilər - TINA və TINACloud Resources

Fərqli gücləndiricilər

Çox əməliyyat könüllüləri bir çip üzərində tam bir sistem təşkil edən bir sıra transistorlar, rezistorlar və kondansatörlerdən ibarətdir. Bu gün mövcud olan gücləndiricilər etibarlı, kiçik ölçülü və çox az enerji istehlak edir.

Ən op-amplərin giriş mərhələsi D-direffektiv gücləndirici Şəkil 1-də ən sadə formada göstərildiyi kimi.

Diferensial gücləndiricilər, Praktiki əməliyyat gücləndiricisi, dövr simulyasiyası, dövr simulyatoru, dövr dizaynı,

Şəkil 1 - Diferensial gücləndirici

Diferensial gücləndirici iki emitörlü coupled common-emitterdən ibarətdir dc gücləndiricilər. İki giriş var, v₁ və v₂və üç çıxış, v_o1, v_o2 və v_həyata. Üçüncü çıxış, v_həyata, arasındakı fərqdir v_o1 və v_o2.

1.1 dc Transfer Xüsusiyyətləri

Diferensial gücləndirici böyük sinyal girişləri ilə lineer şəkildə işləmir. Təhlili asanlaşdırmaq üçün, RE-nin böyük olduğunu, hər bir tranzistorun əsas müqavimətinin əhəmiyyətsiz olduğunu və hər tranzistorun çıxış müqavimətinin böyük olduğunu düşünürük. Burada istifadə olunan müqavimət böyükdür və bir qaynaq mənbəyinin bərabər müqaviməti ola biləcəyi üçün diferensial gücləndiricidə RE deyil, REE-dən istifadə edirik. REE-nin böyük həcmi, emitörün rezistivə voltajının təxminən sabit qalmasını təmin edir.
İndi bu dövrəni çıxış gərginliyi üçün həll edirik. Şəkil 1 dövrə üçün bazlı qovşağın loopunun ətrafında bir KVL tənliyi yazaraq başlayırıq.

(1)

(2)

Toplayıcı axınları üçün ifadələr tapmalıyıq, i_C1 və i_C2. Baza-emitör voltajları tənliklə verilir,

Denklemdə (2) I_o1 və I_o2 qarşılıqlı doyma axınlarıdır Q₁ və Q₂ müvafiq olaraq. Transistorların eyni olması ehtimal edilir. Denklemleri birləşdirmək (1) və (2) verir

(3)

Mövcud nisbət üçün Denklemin həlli (3)

(4)

Güman edə bilərik i_C1 təxminən bərabərdir i_E1 və i_C2 təxminən bərabərdir i_E2. Buna görə

(5)

Denklemleri birləşdirmək (4) və (5), biz var

(6)

Qeyd edək ki,

(7)

Müsbət bir müşahidə Denklemi (6) nəzərdən keçirməklə edilə bilər. Əgər v₁- v₂ bir neçə yüz millivoltdan çox olur, transistor 2-də kollektor cərəyanı kiçik olur və tranzistor əsasən kəsilir. Transistor 1-da kollektor cərəyanı təxminən bərabərdir i_EE, və bu tranzistor doymuşdur. Kolektor cərəyanları, və beləliklə çıxış gərginliyi v_həyata, iki giriş voltajı arasındakı fərqdən asılı olmayaraq.

Doğrusal amplifikasiya yalnız giriş xeyli geriləmə fərqləri üçün təxminən 100 mV-dən az olur. Giriş gərginliyinin xətti aralığını artırmaq üçün kiçik emitörlü rezistorlar əlavə edilə bilər.

1.2 Ümumi Modu və Fərqli-Mode Gains

Diferensial gücləndirici yalnız iki giriş voltajı arasındakı fərqə cavab vermək üçün nəzərdə tutulub, v₁ və v₂. Ancaq praktik op-ampdə bu çıxışların bir hissəsi üzrə çıxış müəyyən dərəcədə asılıdır. Məsələn, hər iki giriş bərabər olduqda, çıxış gərginliyi ideal olaraq sıfır olmalıdır, amma praktik gücləndirici deyil. Dövrün fərqinə cavab verdiyi zaman vəziyyətə toxunuruq fərqli rejim. İki giriş bərabər olsaydı, dediyimiz dövrdədir ümumi rejimi. İdeal olaraq, dövrənin yalnız fərqli rejimdə bir çıxış çıxmasını gözləyirik.

Hər iki giriş voltajı, v₁ və v₂, ümumi və fərqli bir hissəyə çevrilə bilər. Aşağıdakı kimi iki yeni giriş voltajını təyin edirik:

(8)

Gərginlik, v_di, diferensial rejimdə giriş gərginliyi və sadəcə iki giriş voltajı arasındakı fərqdir. Gərginlik, v_ci, ümumi rejim giriş voltajıdır və iki giriş voltajının ortalamasıdır. Orijinal giriş gərginliyi bu yeni miqdarda aşağıdakı kimi ifadə edilə bilər:

(9)

İki giriş voltajını bərabər olduqda, biz var

(10)

İki giriş bərabər olduğundan, emitör-bazlı keçid voltajları bərabərdir (əgər tranzistorlar eynidırsa). Beləliklə, kollektor cərəyanlar eyni olmalıdır.

Diferensial gücləndiricilər, dövr simulyasiyası, dövr simulyatoru, dövr dizaynı, praktiki op-amps

Şəkil 2 (a) Fərqli rejimdə gücləndirici bərabər dövr

İndi Şəkil 2 (a) da göstərildiyi kimi diferensial rejim giriş gərginliyi üçün bərabər dövrəni görürük. Qeyd edək ki, cari olaraq Q₁ circuit artırır, cari Q₂ dövr eyni dərəcədə və amplituda azalır. Bu girişdən bəri doğru Q₂ buna bərabərdir Q₁ lakin 180^o mərhələdən kənar. Beləliklə, gərginlik dəyişir R_EE sıfırdır. Çünki ac siqnal gərginliyi R_EE sıfır, qısa bir dövrə ilə əvəz edilə bilər ac ekvivalent devre. Qeyd edək ki, hər tranzistor bazasında amplituda bərabərdir, lakin 180-da cərəyanların yerləşdirilməsi^o fazdan kənara iki dəfə amplitüdün iki tranzistor bazası arasında bir gərginlik yerləşdirilməsinə bərabərdir. Gərginliklər v_o1 və v_o2 bərabər amplitudadır, əksinə isə qarşılıqlı faza və fərqli rejim qazanır

(11)

Bu diferensial rejimi qazanımı a bir uclu çıxış çünki bir kollektor və torpaq arasında aparılır. Çıxış arasında olarsa v_o1 və v_o2, diferensial rejim qazanımı a deyilir ikiqat son məhsul və verilir

(12)

Bənzər bir analiz, Şəkil 2 (b) -də ümumi modlu ekvivalent dövrə tətbiq edilə bilər.

Şəkil 2 (b) Ümumi rejimi gücləndirici bərabər dövrə

Direnci bölsək R_EE hər ikisinin orijinal müqavimətinə malik olan iki paralel müqavimətə çevrildikdə, dövrənin yalnız yarısını analiz edərək çıxışı tapa bilərik. Transistorlar eynidır və ümumi rejimdə daxilolma gərginliyi bərabər və fazalıdır, çünki 2R_EE rezistorlar eynidır. Beləliklə, göstərilən iki paralel rezistor arasında mövcud olan sıfır və biz yalnız bir dövrə bir tərəfinə baxmalıyıq. Ortaq rejimdə gərginlik qazanması daha sonra olur

(13)

Denklem (13) ehtimal edir R_EE böyük və r_e<<R_EE.

Ümumi rejimi və diferensial rejim qazanımı baxımından ikiqat bitmiş çıxış gərginliyini aşağıdakı kimi tapırıq:

(14)

Diferensial rejim qazancının ümumi rejim qazancından daha böyük olması arzu edilir ki, gücləndirici əsasən giriş voltajları arasındakı fərqə reaksiya verir. Məqalələr ümumi rejim imtina nisbəti, CMRR, diferensial rejim qazancının ümumi rejim qazancına nisbəti kimi müəyyən edilir. Adətən, db-də ifadə edilir.

(15)

İndi diferensial rejimdə və ümumi rejimdə amplifikatın giriş müqavimətini müəyyənləşdiririk. Fərqli rejim üçün, həm tranzistorların bazasında amplifikatöre baxırıq. Bu, həm də tranzistorların emitatoru vasitəsilə tam bir dövrə səbəb olur və giriş müqavimətidir

(16)

İndi ümumi rejimi giriş üçün, biz Şəkil 2 (b) -də gücləndiriciyə baxırıq. Beləliklə, giriş müqavimətidir

(17)

Bu nəticələr ümumi rejimin daxilolma müqavimətinin differensial rejimdən daha yüksək olduğunu göstərir.

Diferensial gücləndirici analizimiz BJT'lərə tranzistor quruluş blokları olaraq əsaslanır. FETs, diferensial gücləndiricilərdə azalmış giriş bias cari və təxminən sonsuz giriş empedansının üstünlükləri ilə də istifadə edilə bilər. FET istifadə edərək diferensial gücləndiricinin təhlili BJT analizi ilə eyni şəkildə həyata keçirilir.

Diferensial gücləndiricilər dövrənin düzgün işləməsini təmin etmək üçün eşleşmiş tranzistorlara ehtiyac duyurlar. Fərqli gücləndirici inteqrasiya edilmiş bir dövrədədirsə, bu əlavə tələb eyni problemdən azdır, çünki eyni tranzistorlar eyni materialdan istifadə edərək eyni vaxtda hazırlanır.

Sabit Akımlı Kaynaklı 1.3 Diferensiyel Amplifikatör

Bunu etmək lazımdır R_EE ümumi rejimi çıxışını azaltmaq üçün mümkün qədər böyükdür. Tənzimləmə göstərir ki, CMRR-ni genişləndirmək lazımdır R_EE böyük. Böyük müqavimətlərin IC çipslərinə uydurmaq çətin olduğundan alternativ bir yanaşma axtarırıq. Bunu əvəz etməklə həyata keçirilir R_EE ilə dc cari mənbə. Ideal bir cari qaynaq sonsuz empedansa malikdir, beləliklə biz əvəzləşdirmə ehtimalını araşdırırıq R_EE belə bir cari qaynaqla. Şəkil 9.3, diferensial gücləndiriciyi göstərir, R_EE, sabit dayanan bir qaynaq ilə əvəz olunur.

(18)

Mənbəyi ideal sabit-cari mənbəyə yaxındırsa, ümumi rejim imtina nisbəti daha yüksəkdir. Diyot-kompensasiya edilmiş sabit dayaqlı bir qaynaq mənbəyini göstəririk. Təminat dövrənin istismarını temperaturun dəyişmələrindən daha az asılıdır. Diod D₁ və tranzistor Q₃ istilik temperaturu aralığında təxminən eyni xüsusiyyətlərə malikdirlər.
Şəkil 3 (a) dövrünü təhlil etmək və CMRR tapmaq üçün, ekvivalent müqaviməti, R_TH (sabit əyləc qaynaqının Thevenin ekvivalenti). Ekvivalent müqavimət [verdiyi Şəkil 3 (b)] tərəfindən verilir.

1 node bir KCL tənlik yazmaq, biz var

(19)

hara r_o göstərilən əməliyyat nöqtəsində tranzistorun daxili müqavimətidir. Bu, verilir

(20)

Diferensial gücləndiricilər, dövr simulyasiyası, dövr simulyatoru, dövr dizaynı, praktiki op-amps

Şəkil 3 - Sabit axın qaynaqlı diferensial gücləndirici

2 node bir KCL tənlik verir

(21)

hara

(22)

Əvəz v₁ və v₂ 2 node nöqtəsində bərabərlik halına gəldik

(23)

Nəhayət, Thevenin müqaviməti (22) və (23) bərabərliklərini (18) yerinə qoyaraq verilir.

(24)

İndi bu ifadəni çox sadələşdirmək üçün bir sıra fərziyyələr hazırlayacağıq. Yanlış sabitliyin qorunması üçün biz bu təlimatı istifadə edirik

(25)

Bu dəyərin əvəzlənməsi R_B tənlikdə (24) və bölünməsi βbiz var

(26)

Bu ifadəni qeyd edərək asanlaşdıra bilərik

(27)

Bundan sonra var

(28)

Bu tənlikdə ikinci dövr ilkdən daha böyük olduğundan, görməməzliyik R_E almaq

(29)

Aşağıdakı şərt mövcud olduqda bu tənlik daha sadələşdirilə bilər:

(30)

Bu halda sadə nəticə var

(31)

Beləliklə, əgər bütün yanaşmalar etibarlı olsa, R_TH müstəqildir β və dəyəri çox böyükdür.

Tək nəticəli Giriş və Çıxış ilə 1.4 Fərqli Amplifikat

Şəkil 4, ikinci girişin olduğu bir diferensial gücləndiriciyi göstərir, v₂, sıfır bərabərdir və çıxış kimi qəbul edilir v_o1.

Biz yerinə sabit bir cari qaynaq istifadə edirik R_EEəvvəlki hissədə müzakirə edilən kimi. Bu, a kimi tanınır faza bərpa ilə birdəfəlik giriş və çıxış gücləndiricisi. Gücləndirici qəbulu ilə təhlil edilir v₂Əvvəlki tənliklərdə = 0. Fərqli giriş daha sonra sadəcədir

(32)

belə çıxdı

(33)

Şəkil 4 - Fasiyət bərpası ilə bir uclu giriş

Eksi işarəsi göstərir ki, bu gücləndirici bir 180 sərgiləyir^o çıxış və giriş arasındakı faza keçid. Tipik bir sinusoidal giriş və çıxış Şəkil 5-də təsvir edilmişdir.

Şəkil 5 - Sinusoidal giriş və çıxış

Bir çıxış siqnalının zəminə istinad edilməsinə baxmayaraq, bir faza bərpa etmək istəmirsə, çıxış transistordan Q₂.

Nümunə 1 - Diferensial Gücləndirici (Analiz)

Diferensial gərginlik qazancını, ümumi rejimdə gerilim qazanmasını və Şəkil 1-də göstərilən dövr üçün CMRR tapın. Bunu düşünün R_i = 0, R_C = 5 kΩ, V_EE= 15 V, V_BE= 0.7 V, V_T= 26 mV, və R_EE = 25 kΩ. Gəlin v₂ = 0 və çıxış çıxın v_o2.

Həll: Bu günə qədər R_EE sükunət vəziyyətindədir. Baza əsasında olduğundan Q₂ buraxılmışdır, emitör gərginliyi olur V_BE = 0.7 V, və

Hər tranzistorda susuz cari bu məbləğin yarısıdır.

Etibarən

hər bir tranzistorda fərqli gərginlik qazanmasıdır

Ümumi rejimdə gərginlik qazanır

Ümumi rejimi rədd nisbəti daha sonra verilir

ƏRİZƏ

Ayrıca, bu hesablamaları TINA və ya TINACloud dövrə simülatörleri ile aşağıdakı bağlantıyı tıklayarak Tercüman aracını istifadə edə bilərsiniz.

1-Diferensial Gücləndirici Circuit Simulation

Məsələn 2

Məsələn 1-də təsvir olunan diferensial gücləndirici üçün, temperaturla kompensasiya edilmiş sabit fasiləsiz cari mənbəni (Şəkil 3) dəyişdirin R_EE və fərqli gücləndirici üçün yeni CMRR-i müəyyənləşdirin r_o = 105 kΩ, V_BE = 0.7 V, və β = 100. Dediniz R₁ = R₂.

Həll: Transistor əməliyyat nöqtəsinin ortasına yerləşdiririk dc yük xətti.

Daha sonra, Şəkil 3 (a) cari qaynağına istinadən,

Yanlışlıq sabitliyi üçün,

Sonra

0.1 ildənR_E>>r_e (yəni 1.25 kΩ >> 26 / 0.57 Ω), sonra Denklemden (31) əldə edirik

CMRR tərəfindən verilir

ƏRİZƏ

Ayrıca, bu hesablamaları TINA və ya TINACloud dövrə simülatörleri ile aşağıdakı bağlantıyı tıklayarak Tercüman aracını istifadə edə bilərsiniz.

2-Diferensial Gücləndirici Circuit Simulation

Məsələn 3

Maksimum çıxış gərginlikli dalğası üçün Şəkil 6-da göstərildiyi kimi şərtlərə nail olmaq üçün bir dövrə dizayn edin. Beş tranzistor, Q₁ üçün Q₅hər biri var β = 100 isə Q₆ bir var β 200 edir. V_BE bütün tranzistorlar üçün 0.6 V, V_T= 26 mV, və V_A= 80 V. Bütün transistorlar eynidır.