AMPLIFICATORUL DIFERENTIAL
1. Scopul lucrarii este studiul functionarii amplificatorului diferential cu tranzistoare bipolare, masurarea tensiunilor de iesire si a impedantelor de intrare pentru diferite moduri de excitatie precum si influenta coeficienttului de rejectie a modului comun asupra acestora.
2. Schema de principiu a amplificatorului diferential este reprezentata în fig. 10.1, în care rezistenta este rezistenta de cuplaj a celor doua etaje elementare, unul colector la masa, iar celalalt baza la masa. Având în vedere cele trei moduri posibile de excitatie a amplificatorului diferential precum si cele trei moduri de culegere a tensiunii de iesire, este indicat sa se lucreze direct cu expresiile tensiunilor si , urmând ca amplificari de tensiune sa se defineasca numai pentru moduri particulare de lucru.
Presupunând ca tranzistoarele si sunt caracterizate prin parametrii în conexiunea emitor comun, tensiunile si se pot scrie sub forma: (10.1) si (10.2) , unde s-au folosit notatiile:
- si - amplificarile de tensiune ale tranzistorului si respectiv în montaj emitor la masa, cu aceleasi sarcini ca si în circuitul din fig. 10.1, date de reletiile: (10.3) si (10.4).
- , - coeficientii de rejectie a modului comun, dependenti de rezistenta de cuplaj , conform relatiilor: (10.5) si (10.6).
- si sunt respectiv diferenta si suma tensiunilor aplicate pe cele doua intrari, adica: (10.7) si (10.8).
3. Pentru un circuit simetric (elementele de circuit simetrice egale, tranzistoare identice si functionând în puncte statice de functionare identice) se obtin relatiile: (10.9), (10.10), (10.11), (10.12).
4. La intrare, amplificatorul diferential din fig. 10.1 va fi caracterizat prin curentii de intrare (10.13) si (10.14) si depind de modul de excitatie, de coeficientii de rejectie a modului comun, si si de impedantele de intrare în tranzistoarele si respectiv considerate cu emitorul la masa, adica: (10.15) si (10.16).
În conditiile unui circuit simetric, se obtin relatiile: (10.17) si (10.18) cu (10.19).
5. În cazul în care tranzistoarele au rezistente în serie cu emitorul (pentru stabilizarea termica a punctului static de functionare si pentru îmbunatatirea performantelor de regim dinamic ale montajului elementar emitor la masa), ca în fig. 10.4, relatiile obtinute ramân valabile cu modificarea corespunzatoare a parametrilor cu relatiile de transformare: (10.20), (10.21), (10.22), (10.23).
6. În cazul unei excitatii simetrice pe modul diferential (
, , , ), se obtin la iesiri tensiuni egale ca amplitudine si în antifaza: (10.24) si (10.25).
Se defineste amplificarea diferentiala a circuitului ca raportul dintre tensiunea diferentiala de iesire (
) si tensiunea diferentiala de intrare (
) si, din relatiile anterioare rezulta, pentru un circuit simetric: (10.26).
Datorita nesimetriilor circuitului (oricând prezente), se obtine si o tensiune de mod comun de iesire, definita prin relatia: (10.27), marime invers proportionala cu coeficientul de rejectie a modului comun al circuitului.
7. Pentru o excitatie diferentiala nesimetrica (
, , , ), ca în fig. 10.2, se obtin urmatoarele relatii: (10.28), (10.29), (10.30), (10.31).
Se constata ca pentru se obtin tensiuni de iesire în antifaza si egale ca amplitudine, dar reduse lajumatate în comparatie cu excitatia simetrica, iar impedanta de intrare va fi aproximativ (10.32). Cele trei marimi sunt afectate de coeficientul de rejectie a modului comun numai când acesta are valori mici.
Relatii asemanatoare se obtin si în cazul si . Pentru un circuit simetric, rezulta: , marime ce reprezinta impedanta de intrare pe modul diferential.
8. Excitatia pe modul comun (
, , ) se obtine prin legarea în paralel a celor doua intrari, ca în fig. 10.3. Din relatiile generale date mai înainte, se deduc marimile electrice ce caracterizeaza acest mod de excitatie a amplificatorului diferrential:
(10.33), (10.34).
Tensiunile de iesire au valori mici, dependente de coeficientul de rejectie a modului comun, . Daca se defineste amplificarea pe modul comun ca fiind raportul dintre tensiunea de mod comun de la iesire (
) si tensiunea de mod comun aplicata la intrare (
), se obtine: (10.35). Rezulta si semnificatia coeficientului de rejectie a modului comun: (10.36), a carui valoare trebuie sa fie cât mai mare.
Amplificarile de mod diferential si de mod comun (
si ), independente de intrare pe modul diferential si pe modul comun (
si ) si coeficientul de rejectie a modului comun (
) formeaza parametrii principali ai amplificatorului diferential.
9. Marirea coeficientului de rejectie a modului comun se poate face prin mai multe metide: în lucrare este ilustrata metodaa maririi rezistentei de cuplaj, , prin folosirea unui montaj baza l...