Ялгаатай өсгөгчүүд-TINA ба TINACloud Resources

Дифференциал өсгөгчийн

Ихэнх үйлдлийн өсгөгч нь хэд хэдэн транзистор, резистор, конденсаторыг нэг чип дээр бүрэн системийг үүсгэдэг цуврал цувралуудаас бүрддэг. Өнөөдөр байгаа өсгөгчүүд нь найдвартай, бага хэмжээтэй, маш бага хүчийг хэрэглэдэг.

Ихэнх op-amps-ийн оролтын үе шат нь D юмifferential өсгөгч 1 дээр хамгийн энгийн хэлбэрээр үзүүлсэн шиг.

Дифференциал өсгөгч, практик ажиллагааны өсгөгч, хэлхээний симуляци, хэлхээний симулятор, хэлхээний дизайн,

Зураг 1 - Янз бүрийн өсгөгч

Дифференциал өсгөгчийн хүчдэл нь ялгаруулагч хоёр хос дамжуулагчтай байдаг dc өсгөгч. Энэ нь хоёр оролттой, v₁ болон v₂, гурван гарц, v_o1, v_o2 болон v_гарч. Гурав дахь гарц, v_гарчнь ялгаатай v_o1 болон v_o2.

1.1 dc Дамжуулах шинж чанарууд

Дифференциал өсгөгч нь том дохионы оролттой шугаман байдлаар ажилладаггүй. Туршилтыг хялбаршуулахын тулд RE нь том, транзистор бүрийн үндсэн эсэргүүцэл нь маш бага бөгөөд транзистор бүрийн гаралтын эсэргүүцэл нь их байдаг гэж үздэг. Энд ашигладаг эсэргүүцэл нь их байдаг тул одоогийн эх үүсвэрийн эквивалент эсэргүүцэл байж болох тул бид давтамжийн өсгөгчийн оронд REE-г ашигладаггүй гэдгийг анхаарах хэрэгтэй. REE-ийн их утга нь ялгаруулагч эсэргүүцлийн хүчдэлийн уналт бараг тогтмол байдаг.
Одоо бид энэ хэлхээг гаралтын хүчдэлийг шийддэг. Бид 1-ийн хэлхээний хэлхээний хувьд суурь уулзварын хүрээний эргэн тойронд KVL тэгшитгэлийг бичиж эхэлнэ.

(1)

(2)

Коллекторын урсгалыг илэрхийлэх хэрэгтэй. i_C1 болон i_C2. Үндсэн ялгаруулагч хүчдэлийг тэгшитгэлээр өгнө.

Тэгшитгэл (2) I_o1 болон I_o2 нь урвуу ханалтын урсгалын урсгал юм Q₁ болон Q₂ тус тусдаа. Транзисторууд нь адилхан гэж тооцогддог. Тэгшитгэл (1) ба (2) ургацыг нийлүүлэх

(3)

Тэгшитгэлийг (3) харьцуулахын тулд одоогийн харьцаа,

(4)

Бид бодож болно i_C1 нь ойролцоогоор i_E1 болон i_C2 нь ойролцоогоор i_E2. Тиймээс

(5)

Тэгшитгэлийг (4) болон (5) хослуулсан

(6)

гэдгийг анхаарна уу

(7)

Тэгшитгэл (6) -ийг үзэх замаар ажиглалтыг чухалчилж болно. Хэрэв v₁- v₂ олон зуун милливольт-ээс их бол 2 транзисторын коллекторын гүйдэл бага, транзистор нь үндсэндээ тасардаг. 1 транзисторын коллекторын гүйдэл нь ойролцоогоор i_EE, энэ транзистор ханасан байна. Коллекторын гүйдэл, тэгээд гаралтын хүчдэл v_гарч, оролтын хүчдэлийн хоорондох зөрүүгээс хамааралгүй болно.

Шугаман олшрол нь ойролцоогоор 100 mV-ээс бага оролтын хүчдэлийн зөрүүний хувьд л гардаг. Оролтын хүчдэлийн шугаман хэлбэлзлийг нэмэгдүүлэхийн тулд жижиг дамжуулагчтай резисторыг нэмж болно.

1.2 Энгийн-Mode ба Differential-Mode-ийн ашиг

Дифференциал өсгүүр нь хоёр оролтын хүчдэлийн зөрүүг зөвхөн хариу өгөхөд зориулагдсан болно. v₁ болон v₂. Гэсэн хэдий ч, практик op-amp-д эдгээр оролт нь эдгээр оролтуудын нийлбэрээс зарим нэгээс хамаарна. Жишээлбэл, хэрэв оролтууд тэнцүү бол гаралтын хүчдэл нь тэг байх ёстой боловч практик өсгөгчийн хувьд энэ нь тийм биш юм. Хэрвээ хэлхээнээс зөрүүтэй хариу үйлдэл хийх үед бид шошгыг тэмдэглэнэ ялгаатай горим. Хэрвээ хоёр оролт тэнцүү бол бид хэлхээ нь түүнийх байна нийтлэг горим. Энэ хэлхээ нь зөвхөн дифференциал горимд зөвхөн гаралт үүсгэхийг бид хүсдэг.

Ямар ч хоёр оролтын хүчдэл, v₁ болон v₂, нийтлэг бөгөөд ялгаатай хэсгүүдэд шийдэж болно. Бид дараах хоёр шинэ оролтыг тодорхойлно.

(8)

Хүчдэл, v_diнь дифференциал горимын оролтын хүчдэл бөгөөд энэ нь оролтын хүчдэлийн хоорондын зөрүү юм. Хүчдэл, v_ci, нийтлэг горимын оролтын хүчдэл ба оролтын хүчдэлийн дундаж байна. Эх оролтын хүчдэлүүд нь эдгээр шинэ хэмжигдэхүүний хувьд дараах байдлаар илэрхийлж болно:

(9)

Хэрэв бид оролтын хоёр хүчдэлийг тэнцүү гэж тохируулсан бол бидэнд байна

(10)

Хоёр оролт тэнцүү учраас emitter-base холболтын хүчдэл тэнцүү (хэрэв транзисторууд ижил байвал). Тиймээс коллекторын урсгал нь мөн адил байх ёстой.

Дифференциал өсгөгч, хэлхээний симуляци, хэлхээний симулятор, хэлхээний дизайн, практикийн практац

2 зураг (a) Дифференциал горимын өсгөгчтэй тэнцүү хэлхээнүүд

Одоо бид Зураг 2 (a) -д үзүүлсэн шиг дифференциал горимын оролтын хүчдэлийн хувьд тэнцүү хэлхээг үзэж байна. Одоогийн байдлаар Q₁ хэлхээний өсөлт, Q₂ хэлбэлзэл нь ижил хувь ба далайцаар буурдаг. Энэ нь оролтоос Q₂ нь Q₁ гэхдээ 180^o үе шатнаас гарна. Тиймээс хүчдэлийн өөрчлөлтийг бүхэлд нь R_EE нь тэг юм. Оноос хойш ac дохионы хүчдэл R_EE 0 байна. Энэ нь богино холболтоор солигдож болно ac тэнцүү хэлхээнүүд. Хүчдэлийн далайцтай 180-тэй адил транзисторийн суурь бүр дээр хүчдэл байрлуулахыг анхаарна уу^o фазын үе нь далайгаас хоёр хоѐр транзистрийн суурийн хүчдэлийг байрлуулахтай тэнцүү. Хүчдэл v_o1 болон v_o2 тэгш өнцөгттэй боловч эсрэг тал үе ба ялгаатай горимын ашиг нь

(11)

Энэ ялгаатай горимын ашиг нь а нэг төгсгөлтэй гаралт Учир нь энэ нь нэг коллектор болон газрын хооронд хийгддэг. Хэрэв гаралт нь v_o1 болон v_o2, ялгаатай горимын ашиг нь a хоёр төгсгөлтэй гаралт бөгөөд өгөгдсөн

(12)

Ижил төстэй шинжилгээг 2 (b) зураг дээр энгийн горимтой хэлхээнд хэрэглэж болно.

2 зураг (b) Нийтийн горимын өсгөгчтэй тэнцүү хэлхээнүүд

Хэрэв бид эсэргүүцэлийг хуваавал R_EE хоѐр зэрэгцээ резистор бүрт анхны эсэргүүцлийг хоёр дахин өсгөж, гаралтыг зөвхөн хэлхээний тэн хагасыг шинжилж болно. Транзисторууд нь адилхан бөгөөд нийтлэг горимын оролтын хүчдэл нь тэнцүү бөгөөд үе шаттай байдаг тул 2R_EE резисторууд адилхан. Ийнхүү үзүүлсэн хоѐр зэрэгцээ резисторуудын хоорондох гүйдэл нь тэг бөгөөд бид зөвхөн хэлхээний нэг талыг харах хэрэгтэй. Нийтлэг горимын хүчдэл нь дараа нь

(13)

Тэгшитгэл (13) гэж үздэг R_EE том бөгөөд r_e<<R_EE.

Нийтлэг горим ба дифференциал горимыг дараах байдлаар давхар төгсгөлтэй гаралтын хүчдэлийг дараах байдлаар олно:

(14)

Дифференциал горимын ашиг нь нийтлэг горимоос их байх тусам уг өсгөгч нь оролтын хүчдэлийн хоорондын зөрүүг голчлон урвалд оруулдаг. Нь энгийн горимын татгалзах харьцаа, CMRR, энэ нь нийтлэг горимын ашиг хүртэлх дифференциал горимыг ашигласан харьцаа гэж тодорхойлдог. Энэ нь ихэвчлэн dB-д илэрхийлэгддэг.

(15)

Одоо бид өсгөгч дифференциал горим болон нийтлэг горимд өсгөгч оролтын эсэргүүцлийг тодорхойлж байна. Дифференциал горимын хувьд бид хоёулаа транзисторын хоѐр сувгийн өсгөгч дээр байрлана. Энэ нь транзисторын хоёулан дээр нь дамжуулагчийн бүрэн хэлхээнд дамждаг бөгөөд оролтын эсэргүүцэл нь

(16)

Одоо нийтийн горимын оролтыг бид Зураг 2 (b) -д байгаа өсгөгч дээр харуулав. Тиймээс оролтын эсэргүүцэл нь

(17)

Эдгээр үр дүнгүүд нь нийтлэг горимын оролтын эсэргүүцэл нь ялгаатай горимоос хамаагүй өндөр байгааг харуулж байна.

Бидний ялгаатай өсгөгч шинжилгээг BJTs дээр тулгуурласан транзисторын барилгын блок дээр суурилдаг. FET-ийг бас ялгаатай өсгөгчид ашиглаж болох бөгөөд ингэснээр оролтын хэвийсэн утга болон бараг хязгааргүй оролтын эсэргүүцэл багасдаг давуу талтай. FET ашиглан дифференциал өсгөгчийн анализыг BJT-ийн шинжилгээний адилаар гүйцэтгэдэг.

Янз бүрийн өсгөгчид нь хэлхээнүүд зөв ажиллаж байгааг баталгаажуулахын тулд транзисторуудтай тохирох хэрэгтэй. Хэрвээ дифференциал өсгөгч нь нэгдсэн хэлхээнд байгаа бол хоёр нэмэлт транзисторыг нэг ижил материалаар хийдэг тул энэ нэмэлт шаардлага нь асуудал биш юм.

1.3 Тогтмол гүйдлийн эх үүсвэр бүхий ялгаатай өсгөгч

Үүнийг хийх нь зүйтэй R_EE нийтлэг горимын гаралтыг багасгахын тулд аль болох ихийг хийнэ. Тэгшитгэл нь CMRR-ийг том болгохын тулд бид хийх ёстойг харуулж байна R_EE том. Ихэнх эсэргүүцэл нь IC чип дээр бүтээхэд хэцүү тул бид өөр аргыг хайдаг. Үүнийг оронд нь сольсон R_EE нь dc одоогийн эх үүсвэр. Хамгийн тохиромжтой гүйдлийн эх үүсвэр нь хязгааргүй эсэргүүцэлтэй тул бид солих боломжийг судлах хэрэгтэй R_EE одоогийн эх үүсвэртэй. Зураг 9.3 нь эсэргүүцэл, R_EE, одоогийн эх үүсвэртэй солигддог.

(18)

Эх үүсвэрийг хамгийн тохиромжтой тогтмол-гүйдлийн эх үүсвэрт ойртуулах нь нийтлэг горимын татгалзах харьцаа өндөр байна. Бид диодын-compensated fixed-bias current source -ыг үзүүлэв. Нөхөн төлбөр нь температурын хэлбэлзлээс хамаарах хэлхээний үйл ажиллагааг багасгана. Diode D₁ болон транзистор Q₃ Ашиглалтын температурын хүрээтэй бараг ижил шинж чанартай байхаар сонгоно.
3 (a) зургийн хэлхээнд анализ хийхийн тулд CMRR-ийг олохын тулд бид ижил төстэй эсэргүүцлийг тодорхойлох хэрэгтэй. R_TH (одоогийн эх үүсвэрийн хэлхээний Тевениний эквивалент). Үүнтэй ижил эсэргүүцэл [3 (b) зураг]

KCL тэгшитгэлийг 1 зангилаанд бичих болно

(19)

хаана r_o нь үйл ажиллагааны цэг дээр транзисторын дотоод эсэргүүцэл юм. Энэ нь өгөгдсөн

(20)

Дифференциал өсгөгч, хэлхээний симуляци, хэлхээний симулятор, хэлхээний дизайн, практикийн практац

Зураг 3 - Тогтмол гүйдлийн эх үүсвэр бүхий ялгаатай өсгөгч

2 цэг дэх KCL тэгшитгэл

(21)

хаана

(22)

Орлуулалт хийх v₁ болон v₂ 2 зангилаанд тэгшитгэлд оруулав

(23)

Эцэст нь, Тевенины эсэргүүцлийг тэгшитгэл (22) ба (23) -г тэгшитгэл (18) -ээр орлуулж өгнө.

(24)

Энэ илэрхийлэлийг хялбаршуулахын тулд бид хэд хэдэн таамаглалыг гаргах болно. Тогтвортой байдлыг тогтворжуулахын тулд бид удирдамжийг ашиглана

(25)

Энэ утгыг орлоно R_B тэгшитгэл (24) -д хуваагаад хуваана β, бидэнд байгаа

(26)

Бид энэ илэрхийлэлийг хялбаршуулж болно

(27)

Дараа нь бид

(28)

Энэ тэгшитгэлийн хоёр дахь томьёо нь эхнийхээс хамаагүй их учраас бид үл тоомсорлож болно R_E авах

(29)

Дараах нөхцлүүд байвал энэ тэгшитгэлийг хялбаршуулж болно:

(30)

Энэ тохиолдолд бид энгийн үр дүнтэй байна

(31)

Тиймээс, ойролцоогоор ойролцоогоор хүчинтэй бол, R_TH нь β түүний үнэ цэнэ нь маш том.

1.4 ялгаатай өсгөгч, нэг төгсгөлтэй оролт ба гаралт

Зураг 4 нь хоёрдогч оролт, v₂нь тэгтэй тэнцүү ба гаралтыг нь дараах байдлаар авав v_o1.

Бид байнга оршин байгаа эх үүсвэрийг ашигладаг R_EE, өмнөх бүлэгт авч үзсэнчлэн. Энэ нь нэг төгсгөлтэй оролт ба гаралтын өсгөгч фазын буцаалттай байна. А өсгөгч нь тохиргоонд дүн шинжилгээ хийдэг v₂= 0 өмнөх тэгшитгэлд. Дифференциал оролт нь ердөө л

(32)

Тиймээс гаралт нь

(33)

4 зураг - Фазын буцаалттай нэг төгсгөлтэй оролт

Хасах тэмдэг нь энэ өсгөгч нь 180-г харуулж байгааг харуулж байна^o гаралтын болон оролтын хоорондох фазын шилжилт. Ердийн sinusoidal оролт, гаралтыг Зураг 5-д харуулав.

Зураг 5 - Sinusoidal оролт ба гаралт

Хэрэв гаралтын дохиог газардуулга гэж нэрлэнэ, гэхдээ фазын буцаахыг хүсэхгүй бол гаралтыг транзистороос авч болно Q₂.

Жишээ 1 - Дифференциал өсгөгч (анализ)

Зураг 1-д үзүүлсэн хэлхээний хувьд ялгаатай хүчдэлийн олз, нийтлэг горимын хүчдэлийн олз, CMRR-ийг олох. Үүнийг санаарай R_i = 0, R_C = 5 kΩ, V_EE= 15 V, V_BE= 0.7 V, V_T= 26 mV, болон R_EE = 25 kΩ. Магадгүй v₂ = 0 болон үр дүнг гаргана v_o2.

Шийдэл: Одоогийн байдлаар R_EE нь сэрүүн нөхцөлд байдаг. Үндсэн суурь нь Q₂ нь ялгаруулагч хүчдэлтэй байна V_BE = 0.7 V, ба

Транзистор тус бүрийн сэрүүлгийн гүйдэл энэ дүнгийн тэн хагасыг хэлнэ.

оноос хойш

транзистор бүр дэх ялгавартай хүчдэлийн олз

Ердийн горимд хүчдэл олз байна

Нийтлэг горимд татгалзах харьцаа нь

ХЭРЭГЛЭЭ

Мөн та эдгээр тооцоог TINA эсвэл TINACloud хэлхээний симулятор ашиглан доорх холбоосыг дарж ашиглан орчуулагчийнхаа хэрэгслийг ашиглан хийж болно.

1- Дифференциал өсгөгч хэлхээний симуляци

Жишээ 2

Жишээ 1-д тайлбарласан дифференциал өсгөгчийн хувьд температур-compensated fixed-bias current-ийн эх үүсвэрийг (Зураг 3) солих R_EE шинэ CMRR-ийг дифференциал өсгөгчийн хувьд тодорхойлох r_o = 105 kΩ, V_BE = 0.7 V, ба β = 100. Гэж бод R₁ = R₂.

Шийдэл: Бид төвийн транзистор үйлдлийн цэгийг байрлуулдаг dc ачаалах шугам.

Дараа нь 3 (a) зургийн одоогийн эх сурвалжийг

Хэвийн бус байдлын тогтвортой байдал,

дараа нь

0.1 оноос хойшR_E>>r_e (өөрөөр хэлбэл 1.25 кОм >> 26 / 0.57 Ω), тэгвэл тэгшитгэл (31) -ээс бидэнд байна

CMRR - ийг өгдөг

ХЭРЭГЛЭЭ

2- Дифференциал өсгөгч хэлхээний симуляци

Жишээ 3

Зураг 6-д зааснаар хамгийн их гаралтын хүчдэлийн дүүжинд зориулж хэлхээ үүсгэх. Таван транзистор, Q₁ to Q₅, тус бүр нь β = 100 байхад Q₆ тай β 200-ийн тухай. V_BE 0.6 V нь бүх транзисторт, V_T= 26 mV, болон V_A= 80 V. Бүх транзисторууд нь адилхан гэж үзье.