Санкт-Петербургский Государственный

Электротехнический Университет «ЛЭТИ»

Кафедра МИТ

Отсчёт к лабораторной работе №6

по дисциплине

«Электрические Цепи и Микросхемотехника»

Тема:

«Исследование дифференциального усилителя»

Выполнил: Студент: Проверил:

Серков Ф. Б. гр. 1202 Холуянов К. К.

Санкт-Петербург

2004

Цель работы: получить работоспособный экземпляр дифференциального усилителя, на основе данных, полученных в предыдущей лабораторной работе. Исследовать свойства дифференциального усилителя.

1. Введение

Широкое распространение в аналоговой электронике получила схема усилительного каскада на двух транзисторах (рис.1), называемая дифференциальным усилителем. Эта схема обладает уникальным сочетанием свойств.

1. Суммарный ток транзисторов VT1 и VT2 при противофазном изменении напряжений на базах транзисторов остается практически постоянным, перераспределяясь между транзисторами вплоть до полного запирания одного из них:

Это свойство используется в схемах сравнения (компараторах) двух напряжений.

2. Разность напряжений выходных сигналов на коллекторах транзисторов VT1 и VT2 пропорциональна разности входных сигналов E1-E2. Благодаря этому свойству за схемой закрепилось название дифференциального, т.е. разностного усилителя.

3. Усиление синфазного сигнала (синфазной помехи) в данной схеме во много раз меньше усиления разностного сигнала. Это свойство присуще только дифференциальной схеме и характеризуется коэффициентом ослабления (подавления) синфазной помехи - частным от деления коэффициента усиления разностного сигнала на коэффициент передачи синфазной помехи.

На практике такой синфазной помехой является наводка от пульсаций напряжений питания в цепи коллектора, эмиттера или базы.

Для увеличения названного выше коэффициента в эмиттерную цепь транзисторов каскада вместо резистора Re может быть включена схема генератора тока с большим динамическим внутренним сопротивлением.

В практических схемах подача входных сигналов на один или оба входа, включение резисторов в коллекторную цепь одного (любого) или обоих транзисторов встречается во всех возможных комбинациях. В результате чего оказывается возможным получать парафазный выходной сигнал из однофазного и, наоборот, использовать каскад для инверсной и неинверсной передачи сигнала.

1. Формулировка задания

На рис. 1 изображена схема дифференциального усилителя. Требуется на основе данных полученных в предыдущей лабораторной работе «Исследование простейшей схемы стабилизации рабочей точки транзисторного усилителя», подобрать параметры текущей схемы, таким образом, чтобы получить работоспособный экземпляр дифференциального усилителя. Необходимо исследовать его свойства.

Рис. 1. Схема дифференциального усилителя.

1. Подбор параметров схемы дифференциального усилителя

В данной схеме используется транзистор КТ815б, как и в предыдущей работе, в которой было задано положение рабочей точки. Дифференциальный усилитель, по сути, состоит из двух усилителей, который были рассмотрены в предыдущей лабораторной работе. Поэтому будем ориентироваться на номиналы элементов, рассчитанных в предыдущей лабораторной работе. А именно, возьмём идентичные коллекторные и базовые резисторы и источники напряжения . Строго говоря, значение напряжения источников напряжение для точного соответствия рабочей точке (из предыдущей лабораторной работы) необходимо было снизить, но как будет показано ниже, параметры полученной рабочей точки не принципиально отличаются от параметров предыдущей.

Итак, остаётся определить значение номинала эмиттерного сопротивления . Оно определяется из следующих соображений, потенциал коллектора (относительно земли) при отсутствии сигналов на входах должен быть равен нулю. Соответствие этому требованию было удовлетворено посредством подбора с использованием функции Stepping в программе MicroCap.

В результате проведенных операций, рабочая точка стала характеризоваться следующими параметрами: , , (предыдущие параметры: , , ). А значение потенциала коллектора при отсутствии сигнала составляет: .

2. Исследование полученного дифференциального усилителя

На входы дифференциального усилителя будет подаваться сигналы, изображенные на рис. 2. Получение формы этих сигналов является очевидным и, чтобы не загружать отчёт, этот процесс в нём не приводится.

Рис. 2. Сигналы, подающиеся на входы дифференциального усилителя.

Как видно из рис.2, входные сигналы подобраны специальным образом. В первой четверти рассматриваемого временного промежутка они являются однофазными, во второй и четвёртой – изменяется один сигнал при отсутствии другого, в третьей сигналы являются противофазными.

Для этого на входы усилителя подаются два сигнала, сформированные нелинейными зависимыми источниками напряжения. На левый по схеме "вход" подан амплитудно-манипулированный сигнал с синусоидальным заполнением (рис. 2, V(E1)), а на правый вход – фазоманипулированный сигнал (рис. 2, V(Е2)) с той же несущей частотой и периодом смены фаз, равным периоду следования импульсов на левом входе.

Выходное напряжение на коллекторах транзисторов показано на рис. 3 (VC(VT1) – VC(VT2)), на этом же изображено поведение коллекторных токов.

Рис. 3. Коллекторные токи транзисторов, составляющих дифференциальный усилитель и сигнал на выходе дифференциального усилителя при подаче выше оговорённых сигналов.

Вывод:

Из полученных графиков видно, что разность напряжений коллекторов транзисторов VT1 и VT2 при воздействии на входы синфазного сигнала близка к нулю (на рис. 3 они сливаются в одну горизонтальную линию).

Коэффициент передачи противофазного сигнала от базы к коллектору каждого из транзисторов, как видно, составляет около 5, в то время как коэффициент усиления однофазного сигнала, исходя из рисунка, равен 0. Коэффициент усиления сигнала в случае, когда сигнал на одном из входов отсутствует, равен приблизительно 2,5.

Частотная характеристика рассматриваемого усилительного каскада полностью определяется частотными свойствами используемых транзисторов и переходных RC-цепочек на входе и выходе (если они используются для развязки по постоянному току) и не представляет большого интереса, поэтому анализ частотной характеристики в данный отчёт не включался.

Свойства дифференциального усилителя, которые были обозначены во введении действительно выполняются:

1. Суммарный ток транзисторов VT1 и VT2 при противофазном изменении напряжений на базах транзисторов остается практически постоянным, как это видно из рис. 3 .

2. Разность напряжений выходных сигналов на коллекторах транзисторов VT1 и VT2 пропорциональна разности входных сигналов E1-E2.

3. Усиление синфазного сигнала (синфазной помехи) в данной схеме во много раз меньше усиления разностного сигнала.

4