Главная » Мануалы

1 2 3 4 5 6 7 ... 51

а fc,

6=лАЛА

Лот

-гот С2

01

а

Фиг. 1.20. Эквивалентная схема дифференциального каскада на биполярных транзисторах, учитывающая действие дифференциальных и синфазных

сигналов.

i + wfc

ДО тех пор, пока не начинает сказываться действие эффектов шунтирования. Графически эта - зависимость показана на фиг. 1.19.

Полнйя эквивалентная схема дифференциального каскада образуется из схем для дифференциального и синфазного сигналов, представленных на фиг. 1.10 и 1.18 соответственно. Результат такого построения приведен на фиг. 1.20, где обе половины каскада разделены. При анализе обычно проще пользоваться отдельными схемами' для каждого случая, однако полная модель выявляет взаимодействие синфазного сигнала с разбалансами дифференциальной схемы.

Синфазные характеристики дифференциального каскада на полевых транзисторах будут описаны ниже по аналогии с каскадом на полевых транзисторах. Для анализа воспользуемся эквивалентной схемой, показанной на фиг. 1.21. Эта схема соответствует параллельному включению двух полевых транзисторов с объединением одноименных зажимов. Выражения для схемы с общим истоком, использовавшиеся в предыдущих разделах, справедливы и для данного случая. Входной сигнал приложен здесь в основном к синфазному резистору Rcm, задающему токи смещения, и изменения токов в каскаде окажутся малыми. Входное сопротивление увеличивается действием, местной



o-VV\M


обратной связи через Rcm, и аналогично выводу из выражения (1.10) получаем при соблюдении условий rgs Rcm и rds > Rd выражение

Rlcmiy + gfsRcM)- (1.35)

Практически величина входного сопротивления ограничена значением приблизительно 10 Ом из-за поверхностных утечек и качества изоляции корпуса. Поэтому максимальные значения вычисляемые по формуле (1.35), не достигаются. Выходное сопротивление для синфазного сигнала также улучшается. Рассматривая выходную цепь как параллельное соединение транзисторов и полагая rgs ;s> Rc + + Rcm и gisTds > 1, находим

Фиг. 1.21. Схема сбалансированного каскада на полевых транзисторах для синфазного сигнала.

(1 + ёисм)-

(1.36)

Усиление синфазного сигнала, в цепи которого включено большое сопротивление Rcm, много меньше дифференциального, проходящего через переходы затвор - исток и истоковые резисторы. При выполнении условий tdsRD, rgs> Rg :}-Rs + 2RcM, 2gfsRcM > 1 имеем

(1.37)

a 5

ост

Для синфазного сигнала частотная характеристика дифференциального каскада на полевых транзисторах, подобно случаю каскада на биполярных транзисторах, ограничивается главным образом влиянием емкости затвор - сток. Из-за малого коэффициента усиления увеличение этой емкости Cgd за счет эффекта Миллера незначительно. Однако входное напряжение целиком приложено к емкости Cgd, в то же время только небольшая доля сигнала, приходящегося на промежуток между затвором и истоком, приложена к емкости Cgs. Сравнение шунтирующего действия обеих емкостей делается очевидным, если сопоставить величины тока, протекающего из-за влияния емкости Cgdi

Ii = Et,J(i>Cgd



И емкости С,

ia--

При условии Cgs 2Cgd I2 /1. Входная емкость, таким образом, определяется в основном величиной Cgd и при малом усилении приближенно равна параллельному соединению двух емкостей исток - затвор, т. е.

С;, . 2С^ = 6пФ. (1.38)

Заметим, что входная емкость Для синфазного сигнала много меньше, чем найденная ранее для дифференциального. Сравнивая их, получаем соотношение

С -С

В результате шунтирующее действие входной емкости на высокое входное сопротивление полевых транзисторов существенно снижается при работе операционного усилителя в неинвертирую-щем режиме.

Емкость сток - затвор определяет частотную характеристику каскада для синфазных сигналов прямым прохождением сигнала с входа на выход, а также шунтированием сопротивлений источника сигнала и нагрузки. Как и в случае биполярных транзисторов, действие этой емкости может быть представлено на эквивалентной схеме в виде генератора тока на выходе и шунтирующих емкостей во входных и выходных цепях. При напряжении Eicm сигнала, создающего это прохождение, величина тока эквивалентного генератора будет равна 2/co££cmCgd Эквивалентная схема для синфазного сигнала (фиг. 1.22) учитывает этот ток, уже рассматривавшуюся эквивалентную емкость.


ост

Icm

Фнг. 1.22. Эквивалентная схема дифференциального каскада на полевых

транзисторах для синфазного сигнала.



Гмхва 1

f 0-V\AA-


\\-т-т т


Фиг. 1.23. Полная эквивалентная схема дифференциального каскада на полевых транзисторах, учитывающая действие дифференциальных и синфазных

сигналов.

шунтирующую нагрузку и низкочастотные синфазные параметры. Йз полученной таким образом эквивалентной схемы вытекает следующее выражение для частотной характеристики, справедливое при соблюдении условий Гй& > Rd, rgs Rg + Rs-{- 2Rcm, 2/б/?СМ>> 1 и i?rcm {Rg/2),

Как и прежде, прямое прохождение сигнала через емкость затвор- исток приводит к возрастанию усиления синфазного сигнала с увеличением частоты. В результате график частотной характеристики подобен изображенному на фиг. 1.19. Полная эквивалентная схема дифференциального каскада, учитывающая характеристики для обоих видов сигналов, приведена на фиг. 1.23.

1.4. Разбалансы в дифференциальном каскаде и подавление синфазного сигнала

в предыдущем разделе рассматривались характеристики дифференциального каскада для синфазного сигнала в предположении, что последний полностью сбалансирован. В этом слу-



чае синфазные'сигналы на входе вызывают появление на выходе только сигналов того же вида.

Разбалансы в дифференциальном каскаде являются причиной возникновения дифферен.-циального выходного напряжения при воздействии синфазного сигнала на входе. Эти дифференциальные погрешности обусловлены рассогласованиями характеристик переходов эмиттер - база, выходных сопротивлений и коллекторных емкостей в случае Е. каскада на биполярных транзисторах. Вместо того чтобы рас

. сматривать все эти факторы од новременно, удобнее допустить,

что величины рассогласований малы и взаимодействия рассогласований различного вида являются эффектами второго порядка; тогда влияние каждого разбаланса может быть проанализировано отдельно. Рассмотрим вначале влияния разбалансов характеристик переходов эмиттер - база и величин сопротивлений эмиттерных резисторов.

Эти рассогласования приводят к неравному распределению тока между половинами дифференциального каскада. Показанный на фиг. 1.24 синфазный ток Icm делится на два эмиттерных тока: hi И 1е2- Заметим, что рассогласование переходов эмиттер - база представлено на этой схеме разницей Аге в величинах прямых динамических сопротивлений переходов. Напряжение погрешности на выходе будет равно


Фиг. 1.24. Эквивалентная схема дифференциального каскада на биполярных транзисторах при разба-лансированных эмиттерных сопротивлениях.

Ео2=-а (/ - /й) Rc- ihl - 1е2) Rc,

где

2-(l+)/ lel = - + ст, Re - Re + Ге

И при RcM-> Re + Raii-<)

Ejc.



Гмва 1


Фиг. 1.25. Схема дифференциального каскада с напряжением погрешности на входе, обусловленным разбалансом сопротивлений источника сигнала или неравенством базовых токов.

Сопоставляя четыре приведенных выше соотношения, находим погрешность, обусловленную разбалансом А/?е и Дг при Re ЬЯе в виде

Eicm ~ Re

Рассмотрим теперь случаи неравенства сопротивлений источников сигнала и разброса коэффициентов усиления по току транзисторов. Дифференциальное напряжение, возникающее из-за этих погрешностей, обусловлено изменением базовых токов

при воздействии синфазного сигнала. Напряжение погрешности Eie вызывается либо рассогласованием величин сопротивлений источника сигнала, либо неравенством базовых токов, как показано на фиг. 1.25. Это напряжение приложено непосредственно к входам каскада, поэтому сопротивления источников сигнала будут отсутствовать в выражении коэффициента усиления каскада по погрешности Eie- Данный коэффициент равен

Если разбалансированы только сопротивления источников сигнала, то возникающее по этой причине напряжение погрешно-



Пбгрешность на выходе вследствие рассогласования ARg сопротивлений источников сигнала описывается уравнением

Разбаланс коэффициентов усиления по току транзисторов приводит к появлению разностного базового тока А/ь, как отмечено на фиг. 1.25. Величина А/ь при соблюдении условия Др <: Р приближенно соответствует формуле

\г г Г Ejcm

Д/ь-/м-/б2~ -Щ^-р-.

Протекание разностного тока вызывает напряжение погрешности на выходе. Это может быть записано следующим образом:

Eoi - Ео2 AoEie = MbRo,

Последнее уравнение характеризует зависимость разбаланса от величины Ар.

Разброс выходных сопротивлений приводит к дополнительной синфазной погрешности. В случае дифференциальных каскадов на биполярных транзисторах выходное сопротивление гораздо больше, чем сопротивление коллекторной нагрузки и поэтому не оказывает существенного влияния на величину коэффициента усиления. Однако с точки зрения синфазных погрешностей оказывается важным иметь хорошо согласованные коэффициенты усиления обоих транзисторов по синфазному сигналу. В рассмотренном выше случае сбалансированного каскада величины этих коэффициентов идентичны, а, следовательно, на выходе может появиться только синфазное напряжение. Таким образом.

ост

Щст ~ СМ Icm icm

сти на выходе определяется выражением

Синфазный сигнал приложен в основном к резистору Rcm, и обусловленный этим сигналом базовый ток находится из соотношения

г Ejcm



О

Ът. <R

а

О

Фиг. 1.26. Эквивалентная схема для учета влияния на передачу синфазных сигналов- при разбалансе выходных сопротивлений (а) и емкостей коллектор.- база (б).

Из ЭТОГО соотношения вытекает следующее выражение для погрешности, обусловленной разбалансом Л/?с коллекторных резисторов:

Влияние конечности величины выходного сопротивления сказывается в том, что эквивалентньш источник выходного тока нагружается, как показано на фиг. 1.26, а. Эта модель представляет co6o1i упрощение схемы фиг. 1.20 при условии + Р^е < С RcM. Неравенство коэффициентов усиления приводит к появлению погрешности. Имеем

( K + Rq \

При соблюдении условия Ro > ARo Ч- Rc получаем следующее выражение для определения величины погрешности из-за разбаланса выходных сопротивлений ARo

Epi - Ер Elcm

Рассмотрим теперь влияние рассогласования емкостей коллектор-база транзисторов дифференциального каскада, вызывающее неравенство токов, проходящих со входа на выход под действием синфазного, сигнала. В результате появляется дифференциальное напряжение погрешности на выходе, которое может быть найдено при помощи эквивал1ентной схемы




Лocm~2Б^- (1-34)

Знак каждого из разбалансов заранее неизвестен, поэтому любая из погрешностей может или складываться с остальными, или вычитаться из них, а именно

±A,cm[j ±

Ё{ст \ Re Re

AR. AR AR,

±~± j ± jiiRc (1.40)

Слагаемые этого выражения выявляют параметры элементов схемы, разбаланс которых порождает синфа'зную помеху, причем обозначение соответствующего параметра находится под символом разности. Сравнение двух выражений, приведенных выше, показывает, что величины низкочастотных дифференциальных и синфазных погрешностей пропорциональны величинам разбалансов. В случае постоянного тока имеем

Ерд , E fR AR AR AR

Дифференциальная выходная погрешность, возникающая вследствие разбалансов и вычисляемая по приведенному выше выражению, весьма мала по сравнению с синфазной выходной погрешностью. Если каскад имеет симметричный выход, то только эта малая погрешность является помехой по отношению И усиленному. дифференциальному входному сигналу. В этом случае синфазное напряжение погрешности действует на нагрузку или на следующий каскад как синфазный сигнал и подавляется в той или иной степени в зависимости от синфазных характеристик нагрузки или каскада. В случае каскада с несимметричным выходом по отношению к земляной шине

фиг. 1.26, б, составленной при допущении Rg + Re С Rcm- Искомая погрешность, обусловленная разбалансом ЛСс, равна

Обычно рассогласование емкостей является основной причиной синфазной помехи на высоких частотах. Суммируя выходные напряжения, возникающие под действием синфазного сигнала, получаем следующие соотношения для коэффициентов передачи по синфазному и дифференциальному выходам:

Лет - р ~ Яаат + jj) (1 + jioRC)



в случае несимметричного выхода

л Epi Ерст I Acmd ocm

cms - ~ -t- 2 ~ Etcm

Сравнение выражений коэффициентов усиления для синфазного и дифференциального сигналов выявляет важнейшее свойство дифференциального' каскада. Это свойство количественно характеризуется величиной коэффициента подавления синфазного сигнала CMRR, который равен отношению усиления дифференциальной составляющей к синфазной. Для каскада с несимметричным выходом эта величина на низких частотах равна

CMRR,= --. (1.43)

В общем величина сопротивления резистора Rcm много больше, чем сопротивления Re и Rg/. Дифференциальное усиление соответственно во много раз больше, чем синфазное; в результате выходной сигнал является в основном функцией дифференциального входного сигнала, что и характеризует величина CMRR. Напряжения, общие для обоих входов, такие, как наводки или падения напряжений в земляных шинах, будут, следовательно, подавляться. Значительное улучшение синфазного подавления достигается в схеме с симметричным выходом, что очевидно из следующего выражения, справедливого на низких частотах

CMRR,

Aocmd

о

AR APR AR AR AR, P РЧ ~ P, - Rc ~ Ro

(1.44)

К усиливаемому входному сигналу добавляются напряжения погрешностей обоих видов - синфазных и дифференциальных. Усиление синфазной составляющей сигнала для каждого из этих случаев опреде.(1яется с учетом тех напряжений погрешностей, которые включаются в выходной сигнал. Для симметричного выхода справедливо выражение

е-= + )=МсАС,. (1.41)



1 2 3 4 5 6 7 ... 51

Яндекс.Метрика