Wzmacniacze tranzystorowe prądu stałego

Transkrypt

1 Wzmacniacze tanzystoo pądu stałego Wocław 03 kład Dalingtona (układ supe-β) C kład stosowany gdy potzebne duże wzmocnienie pądo (np. do W). C C C B T C B B T C C + β ' B B C β + ( ) C B C β β β B B β ' β β ( β + ) ββ +

2 kład Dalingtona C C + β be be B C T B C T ponieważ: C β otzymujemy C be be zatem: β ϕt be β ' C ponieważ: ( + g ) ce m be wy ce β β otzymujemy: ce ce wy 3 ce ce ce ce β ce kład Dalingtona C C C C Typo układy Dalingtona mają góną częstotliwość ganiczną zędu kHz zastosowanie ich zatem do:... B T B C T B kład Dalingtona jest też stosunkowo wolny aby pzyspieszyć poces wyłączenia (zwiększyć szybkość usuwania nośników z bazy T) stosuje się... jednak zmniejsza to...

3 kład Dalingtona kład Dalingtona z pzeciwstawnych tanzystoów. Gdy T jest p-n-p to cały układ zachowuje się jak układ p-n-p, T wzmacnia pąd (T W, T W). B T β ' β β B ' ' 6 0, V C T ϕt be β ' C wy ce kład kaskody wpowadzenie W - efekt Millea i W i b B X c bc Y i c C i WY i l G u B B u be f u ce u G ~ g be c be g mu be g ce C L i W i b B X Y i c C i WY i l G u B B u be u ce u G ~ g be c be C X g mu be C Y g ce C L c c + C c + c be X be bc ( k ) u f g π c G 3

4 kład kaskody wpowadzenie kład WB i W i e C i WY i l G u u eb u cb u G ~ g eb c be αi e c bc C L B B eb g m kład kaskody W WB schemat ideowy schemat zmiennopądowy T pacuje w konfiguacji... T pacuje w konfiguacji... kut gmobc gm wyeliminowany efekt Millea dla W g c c + C c + c ( k ) m be X be bc u 4

5 kład kaskody W WB schemat ideowy schemat zmiennopądowy Pzez oba tanzystoy płynie w pzybliżeniu ten sam C zatem: k u g m C a f g f T ponadto: wy C bet kład W WB +CC C WY W wyt g mt -CC T g mt oba tanzystoy pacują pzy tym samym C zatem mają takie same g m dlatego: wyt T 5

6 kład W WB C +CC Zatem na T występuje połowa zmiennego napięcia jściogo i otzymujemy: W WY G m C C be g a wzmocnienie napięcio jest ówne: m k u G m C -CC be wy C kład W WB Wzmacniacz w konfiguacji W ma dużo większą częstotliwość ganiczną w poównaniu do układu W. Dlatego układ chaakteyzuje się badzo dobymi właściwościami częstotliwościowymi (poównywalnie z kaskodą). Wzmocnienie napięcio zapewnia stopień WB. Lecz jest ono mniejsze niż dla kaskody. Zaletą układu jest kompensacja zmian tempeatuowych napięcia B (oganiczony wpływ tempeatuy) tanzystoów co nie występuje w kaskodzie. Takie ozwiązanie układo jest stosowane w technice scalonej. 6

7 Wzmacniacze pądu stałego W.p.s. są to symetyczne wzmacniacze dolnopzepusto o dwóch jściach i jednym (wzmacniacz opeacyjny) lub dwóch (wzmacniacz óżnicowy) wyjściach, służące do wzmacniania sygnałów o okeślonym paśmie częstotliwości włączając w to sygnały wolnozmienne i stałopądo. Do spzęgania kolejnych stopni oaz jścia i wyjścia wzmacniacza nie stosuje się... Wzmacniacze te zapewniają wzmocnienie sygnałów użytecznych (óżnicowych) oaz tłumienie sygnałów niepożądanych (np. jściowych sumacyjnych). Na j i wyj napięcie DC 0. Sygnały niepożądane mogą powstawać wszystkich stopniach wzmacniacza, jednak największe ma znaczenie ma dyft stopnia jściogo, któy podlega największemu wzmocnieniu. Z tego względu stopnie te ealizuje się jako wzm. óżnico (ang. emitte-coupled pai). Wzmacniacze pądu stałego Wzmacniacz opeacyjny wy Wzmacniacz z wyjściem niesymetycznym wy Wzmacniacz óżnicowy wy wy wy wy Wzmacniacz z wyjściem symetycznym 7

8 Można zdefiniować dwa odzaje sygnałów: - óżnico wy wy wy - sumacyjne, zobazowane na ys. s wys + + wy wy Wzmacniacz óżnicowy 0.5 wy 0.5wy s 0.5 wy 0.5wy wys Steowanie sumacyjne wzmacniacza óżnicogo 8

9 Zależności na WY wzmacniacza óżnicogo pzybieają postać: - napięcie wyjścio óżnico: + wy S s - napięcie wyjścio sumacyjne: + wys S SS s Poszczególne wzmocnienia definiujemy następująco: wzmocnienie óżnicowo óżnico (powszechn. wzmocnienie óżnico): wy pzy s 0 wzmocnienie óżnicowo sumacyjne (powszechn. wzmocnienie sumacyjne): S wy s pzy wzmocnienie sumacyjno óżnico: 0 wys S pzy s 0 wzmocnienie sumacyjno sumacyjne: SS wys s pzy 0. 9

10 Najważniejszymi są wzmocnienia i S. Są to paamety chaakteystyczne wzmacniacza óżnicogo. Na ich podstawie okeśla się dodatkowy paamet współczynnik tłumienia sygnału sumacyjnego CM (ang. Common Mode ejection atio). Współczynnik ten jest miaą jakości wzmacniacza óżnicogo. CM S Tanzystoy bipolane WY A W T C C m gm C g g C C WY B T m + CC W - CC Podstawowa cecha w.. jest zdolność wzmacniania óżnicy watości sygnałów j. (tzw. óżnicowych), tłumienia natomiast ich wspólnej części (tzw. wspólnych) możli jest zatem wzmacnianie małych sygn. óżnicowych na tle dużych sygn. wspólnych. Sposoby steowania: Wyjście układu:

11 Steowanie + CC Jeśli W 0 W lub W W W C WY A T WY B T C W to tzn. WY oaz WYA WYB WY WY 0 S 0 A B Steowanie wspólne Jeśli, np. > W W - CC to C C C C Steowanie óżnico WY WY WY 0 0 A B Steowanie W C C WY A WY B T T + CC W - CC Podobnie jak dla steownia sumacyjnego, w.. zachowuje się w pzypadku: - zmian paametów tanzystoa wywołanymi zjawiskami temicznymi; - zmiany napięć zasilających; - wystąpienia zakłóceń; - wzmacniania pazystych hamonicznych napięć steujących.

12 Paamety wzmacniacz symetyczny C C + CC g m ( ) C ce WY A WY B S 0 W T T W CM S - CC be be s + β + ( ) wy Cce + C ce C Stosowany np. gdy: Paamety wzmacniacz niesymetyczny - wzmacniany jest tylko jeden sygnał j. (B dugiego T na potencjale masy); - wyjście tylko z jednego z C. S g C m ( ) C ce CM S g m

13 Pądowa chaakteystyka pzejściowa +CC C C WYA WYB W T T W -CC Pądowa chaakteystyka pzejściowa Pądy kolektoów tanzystoów są opisane zależnościami: C α0 ( + ) ϕ + e T C α 0 ( + ) + e ϕ T Napięcie wyjścio óżnico dane jest ównaniem: wy ( + ) OBCtgh ϕt α0 3

14 Napięciowa chaakteystyka pzejściowa Liniowość układu Dla tempeatuy: T 300 ϕt 6mV wzmacniacz pacuje liniowo dla napięć jściowy z zakesu: ( ϕ ) ( 5mV mv ) T ϕt 5 Aby zwiększyć liniowość wpowadza się spzężenie zwotne dla sygnałów óżnicowych zealizowane na ezystoach e. 4

15 Poszezenie zakesu linioj pacy układu +CC C C WYA WYB W T T W Dla wzmacniacza z poszezonym zakesem liniowości zakes napięć jściowych, dla któych wzmacniacz pacuje liniowo wynosi: -CC [( ϕ ) ( ϕ + )] [( 5mV ) ( mv )] 5 + T T Dla układu ze spzężeniem zwotnym wzmocnienie óżnico wzmacniacza wynosi: gm ( C ce ) C ce + g m Poszezenie zakesu linioj pacy układu 5

16 Źódła pądo stosowane w.. Zastosowanie źódeł pądowych: - zapewnienie pzepływu stałego pądu pzez obciążenie źódła niezależnie od watości obciążenia, - zapewnienie dużych watości ezystancji dynamicznych pzy małych spadkach napięcia Źódła pądo stosowane w.. Lusto pądo + C + W C B W B L WY C B C C β WY C β β + W W - B W - B jeśli C >> B, β>>, zatem: B B T T B CQ C WY L C WY L C CQ p.p. T nie zależy od temp. ale od óżnicy paametów między T a T 6

17 Źódła pądo stosowane w.. Lusto pądo W W - B B L WY W - B + C ezystancja statyczna: ezystancja dynamiczna: stat dyn CQ CQ Y CQ B T T B C B nachylenie gce dyn >> stat bo Y >> CQ Y npn ~ (80-00) V pnp ~ (40-50) V C Źódła pądo stosowane w.. Zwiększenie wzmocnienia óżnicogo wzmacniacza i współczynnika CM zastosowanieźódeł pądowych Zwiększenie zastąpienie ezystoów C lustem pądowym obciążenie dynamiczne. Zastosowanie głównie technika scalona z powodu tudności w ealizacji dużych ezystancji w stuktuze układów scalonych. 7

18 Z obciążeniem dynamicznym zwiększenie + CC g m OBC T3 T4 WY S L + β 3 W T T W L CM g m OBC ( + β3 L ) - CC OBC + L L ce4 ce4 ce4 Y CQ4 Zwiększenie CM: - zwiększenie źódło pądo zamiast C - zmniejszenie S zastosowanie źódła pądogo zamiast. Zwiększenie, zmniejszenie S T3 T4 + CC S OBC ee WY dla dyn ź W T T W L S OBC dyn T6 T5 - CC gdzie: dyn Y CQ5 CQ5 cc + ee z B6 8

19 Analiza w funkcji częstotliwości wzmacnia napięcia stałe ale także napięcia zmienne. Obydwa wzmocnienia: óżnico i sumacyjne zależą od częstotliwości. Analiza w funkcji częstotliwości us [db] +0dB/dek f f [log] u [db] -0dB/dek fg f [log] CM [db] -0dB/dek -40dB/dek f [log] 9

20 Analiza w funkcji częstotliwości f g πc f π ( C wy + C m ) wy g b ' e bb ' + g b ' e + bb ' + C Cb' e + Cb' c( ( jω 0) ) C wy pojemność widziana od stony zacisków ezystoa (lub źódła/lusta pądogo) znajdującego się wzmacniaczu óżnicowym. C m pojemności montażo wy ezystancja ezystoa (lub wyjścia źódła/lusta pądogo) znajdującego się wzmacniaczu óżnicowym. 0