Дифференциальный усилитель

Звуковые генераторы, фильтры и другие аналоговые устройства (кроме радиотехники и УНЧ)
Ответить
Лина Исаева
Родился
Сообщения: 3
Зарегистрирован: Ср дек 23, 2015 16:50:40

Дифференциальный усилитель

Сообщение Лина Исаева »

Добрый вечер!
Бедный студент (точнее, студентка) технического ВУЗа молит о помощи.
3 курс, аналоговая схемотехника, курсовая работа.
Проблема не в том, что я ленивая и не могу поискать что-то в интернете, а в том, что мой преподаватель немного сумасшедший: все наши обсуждения с ним ТЗ заканчиваются его воплями и швырянием ТЗ мне в лицо :с
Теперь к вопросу: дифференциальный усилитель с однотактным выходом, к.у.д.с >5000, к.о.с.с. > 100 дБ, полоса пропускания 0-5 кГц, нагрузка - 10 кОм.
Я понимаю, что на стандартной схеме такое усиление не получить, поэтому нужно применить либо динамическую нагрузку, либо каскодное включение. (Насчет увеличения ослабления синфазного сигнала особо не заморачиваюсь, так как если выужу 5000 по дифференциальному, там уже это не будет проблемой. Ну или в крайнем случае поставить генератор стабильного тока заместо эмиттерного сопротивления.)
Динамическую нагрузку мне сказали не следует применять, т.к. она очень узкополосна, а каскодное - самое то, широкая полоса пропускания за счет транзистора ОБ. Тупик в следующем:
1) не могу сообразить как поставить нагрузку в каскодном включении чтобы перейти от двухтактного выхода к однотактному
2) по моим оценочным подсчетам, полоса пропускания с динамической нагрузкой ~ 20 кГц, с каскодным ~ 23 ГГц.
3) если всё-таки применяю каскодное, как правильно рассчитать сам дифф.каскад? то есть, симметричны ли плечи, что делать с транзистором, который я каскодно подключаю, как просчитать коллекторные сопротивления, если они не одинаковы?
Буду очень благодарна за любую-прелюбую помощь, уже просто нет сил :(
Реклама
Аватара пользователя
As
Модератор
Сообщения: 46107
Зарегистрирован: Пт янв 23, 2009 19:20:05

Re: Дифференциальный усилитель

Сообщение As »

Лина Исаева писал(а):...дифференциальный усилитель с однотактным выходом...
Если я правильно понимаю, такое устройство называется ещё "операционный усилитель", или сокращённо ОУ... :dont_know:
Если я угадал - то задачка упрощается... :roll: :)
Реклама
Лина Исаева
Родился
Сообщения: 3
Зарегистрирован: Ср дек 23, 2015 16:50:40

Re: Дифференциальный усилитель

Сообщение Лина Исаева »

если бы :с ОУ на входе только стоит дифф.усилитель, помимо этого ОУ включает в себя усилитель напряжения и выходной усилитель, с ним всё просто. а тут именно на вот этом одном входном дифференциальном каскаде надо добиться усиления 5000
Аватара пользователя
As
Модератор
Сообщения: 46107
Зарегистрирован: Пт янв 23, 2009 19:20:05

Re: Дифференциальный усилитель

Сообщение As »

Лина Исаева писал(а):...как просчитать коллекторные сопротивления?..
Я так думаю, нагрузкой должно быть "токовое зеркало". Без каскодного включения, наверное, и требования по подавлению синфазного сигнала не выполнить - в одном патенте видел схемку такого дифференциального каскада, там отдельная схема поддерживала неизменной разность напряжений между эмиттерами дифференциальной пары и базами транзисторов каскада ОБ... :dont_know:
Реклама
Эиком - электронные компоненты и радиодетали
Лина Исаева
Родился
Сообщения: 3
Зарегистрирован: Ср дек 23, 2015 16:50:40

Re: Дифференциальный усилитель

Сообщение Лина Исаева »

пробовала токовое зеркало, преподаватель сказал - нет :с
динамическую ему показывала - нет
твердит каждый раз про каскодное
Реклама
mnbv
Грызет канифоль
Сообщения: 291
Зарегистрирован: Сб авг 03, 2013 16:01:29

Re: Дифференциальный усилитель

Сообщение mnbv »

Есть хорошая книга - И. Достал "Операционные усилители". В одной из глав описаны входные каскады ОУ различных типов. Там точно есть искомое, может быть немного придется скорректировать схему или режимы под техзадание. А преподаватель, скорее всего, не сумасшедший.
Реклама
Аватара пользователя
As
Модератор
Сообщения: 46107
Зарегистрирован: Пт янв 23, 2009 19:20:05

Re: Дифференциальный усилитель

Сообщение As »

Что-то сомневаюсь я, что в дифференциальном каскаде вообще возможно получение такого усиления при данном сопротивлении нагрузки... :dont_know: Так или иначе - приходим к многокаскадному усилению! Как минимум, эмиттерные повторители для согласования с нагрузкой потребуются... :dont_know: (размышляя логически - идеальный транзистор даст усиление, равное соотношению сопротивления в коллекторной цепи к сопротивлению в эмиттере, в данном случае - это будет входное сопротивление каскада с ОБ, я не уверен, что у маломощного транзистора в схеме с ОБ может быть входное сопротивление менее пары ом! :dont_know: А иначе - нужного усиления не получить... Реально - цифры ещё жестче получатся... :( )
mnbv
Грызет канифоль
Сообщения: 291
Зарегистрирован: Сб авг 03, 2013 16:01:29

Re: Дифференциальный усилитель

Сообщение mnbv »

Не совсем так, это верно лишь для простого дифкаскада. Цитата:"Таким образом, одиночный каскодный дифференциальный усилитель на n-p-n транзисторах позволяет достичь дифференциального усиления порядка 10 5 (100 дБ);
с помощью n-канального каскодного дифференциального усилителя достижимоеусиление составляет 10 4
(80 дБ). "
Вложения
дифкаскад.JPG
(140.87 КБ) 410 скачиваний
Аватара пользователя
Vilsi
Опытный кот
Сообщения: 886
Зарегистрирован: Вс дек 29, 2013 22:05:07

Re: Дифференциальный усилитель

Сообщение Vilsi »

вопрос, конечно, интересный.
давайте немного посчитаем. крутизна биполярного транзистора при 1 мА равна 40 мА/В. чтобы обеспечить к-т усиления 5000 необходимо в коллектор ему вставить резистор сопротивлением R=5000/40=125 кОм. при постоянном токе 1 мА падение напряжения на нем составит 125 В. понятно, что это не требуемые 10 кОм.
зайдем с другой стороны. сопротивление 10 кОм. тогда крутизна транзистора должна быть S=5000/10k=0.5 А/В. собстно, это уже кое-что. значит, надо либо подобрать транзистор с такой крутизной, либо в одном плече дифкаскада применить какой-либо составной транзистор, т.е., увеличить крутизну. в принципе, увеличение тока коллектора до 20 мА может решить данную проблему, поскольку крутизна биполярного транзистора должна увеличиться до 800 мА/В. но тогда опять необходимо выбирать соответствующее питание: 20*10=200В.
кстати, каскод разделяет нагрузку и выходное сопротивление усилительного транзистора. применяется обычно при высоком сопротивлении нагрузки. либо если необходимо обеспечить минимальное изменение напряжения на коллекторе (стоке), если от этого зависят значения параметров усилительного транзистора. здесь этого нет, имхо применение каскода нецелесообразно.
кстати, было бы неплохо узнать еще требования ТЗ, а так приходится гадать на кофейной гуще. схема какая-либо имеется?
Щас, погуглю...
Аватара пользователя
Alek Lem
Вымогатель припоя
Сообщения: 526
Зарегистрирован: Вс дек 28, 2014 18:35:34
Откуда: Луганск

Re: Дифференциальный усилитель

Сообщение Alek Lem »

Лина Исаева писал(а):нагрузка - 10 кОм.
А можно подробнее про нагрузку? Это сопротивление следующего каскада или тупо резистор в цепи коллектора диф. каскада? Откуда вообще эта цифра взялась (по идее, в курсаке должно быть дано лишь выходная нагрузка, выходная мощность всего усилителя и входной сигнал). Или кроме диф. каскада в вашем усилителе больше каскадов не будет и 10 кОм - это "потребитель" ?
Аватара пользователя
EMiq
Электрический кот
Сообщения: 1035
Зарегистрирован: Сб дек 27, 2014 18:56:00
Откуда: 777 RUS

Re: Дифференциальный усилитель

Сообщение EMiq »

Во первых - Вы пишете, что нагрузка не симметричная 10 ком, значит должен быть преобразователь на выходе с симметричного на не симметричную нагрузку. Полоса усиления будет определяться, как минимум, постоянной времени 10 ком * C out, где Сout- выходная емкость усилительного каскада. Каскодное включение позволяет уменьшить входную и проходную емкость пары ОЭ-ОБ , устраняя эффект Миллера, т.к. выход первого транзистора работает на низкое входное сопротивление следующего каскада с постоянным потенциалом на его эмиттерно-базовом переходе и емкость КБ первого каскада не перезаряжается выходным сигналом. Проходная емкость- проводимость обратной передачи- имеет значение для резонансной нагрузки (ограничение устойчивого усиления). Для одиночного каскада все усиление будет определяться крутизной преобразования S (mA/V), Ku= S *Rн. Крутизна зависит от тока каскада. Об этом Вам уже говорили.Чтобы получить большое усиление необходимо иметь высокую крутизну преобразования и высокое сопротивление нагрузки при низкой выходной емкости каскада усиления для получения нужной полосы пропускания. Для высокого подавления синфазного сигнала необходимо наличие генератора тока в цепи эмиттера дифф. каскада и высокая симметрия плеч нагрузки. Чтобы дать корректные рекомендации Вам не достаточно входных условий по задаче.
З.Ы. Освойте MicroCap , Вам в помощь. Как раз, для студентов. Найдете правильное решение в MicroCap - решите задачу.
Ответить

Вернуться в «Аналоговая техника»