ELEKTRONIKA 2 (BMEVIMIA027)
ZOLTAI
Fázishasító kapcsolás Ut+ RC
BE
∞
1
∞ ukis ∞
Rt1
2
RB RE
Rt2
Ut-
A feszültségerősítés az 1-es kimenet felé a FE-es, a 2-es kimenet felé pedig a FK-os fokozat erősítésének mintájára számítható ki: g R xR Au1 21 C t1 1 g 21 RE xRt 2 g 21 RC xRt 2 Au 2 1 g 21 RE xRt 2 Ha RCxRt1 = RExRt2, akkor Au1 = -Au2, tehát a kimenetekről jelek azonos amplitúdójú, de ellentétes fázisú jelek vehetők le. Ha g 21 RE xRt 2 1, Au1 = -1 és Au2 = +1. Az is lehetséges, hogy a két kimeneti pont között vegyünk le kimeneti feszültséget, pl. differenciálerősítők bemenetének tisztán szimmetrikus jellel való vezérlése céljából. Ekkor a feszültségerősítés: Aus = -2.
Tranzisztorpárok Darlington C B
Közelítés: h21(1) = h21(2) = h21 (B1 = B2 = B és h21 = B)
1 2
kompozit (Sziklai) C
B
2 1
E
Az eredő tranzisztorok paraméterei: h21(D) = h212 h11(D) = h11(1) + h21 h11(2) = 2h11(1) g21(D) = 0,5g21(2)
E
h21(c) = h212 h11(c) = h11(1) g21(c) = g21(2)
A paraméterek felírásakor feltételeztük, hogy: - a meghajtott tranzisztor h21-szer nagyobb munkaponti árammal működik, mint a meghajtó tranzisztor, ezért h11 paramétere h21-ed része a meghajtó tranzisztorénak; - az eredő tranzisztor típusa megegyezik a meghajtó tranzisztoréval. Fizikai modell: - A Darlington esetében a meghajtó feszültség 50-50 % arányban oszlik meg a BE körök között, ezt magyarázza a 0,5 megjelenését a g21(D) számításában. - A kompozit esetén a meghajtott tranzisztor bázisárama h21-szerese a meghajtó tranzisztor bázisáramának, de a h11(2)-n folyik át, amely viszont h21-ed része h11(1)-nek, vagyis a rajta létrehozott feszültség megegyezik a meghajtó tranzisztor BE feszültségével. Tehát a meghajtó feszültség áttevődik a meghajtott tranzisztor BE körére, ezért nincs 0,5-es szorzó a g21(c)-ben. Mindkét esetben a meghajtó tranzisztorok kollektor-, illetve emitter-áramának megváltozása elhanyagolható az eredő tranzisztorok kollektor-, illetve emitter-áramában.
Fej3-4-VáhkDiff-Ea8
33
ELEKTRONIKA 2 (BMEVIMIA027)
ZOLTAI
4. fejezet DIFFERENCIÁLERŐSÍTŐK Bevezetés: két feszültség szimmetrikus és közös összetevője A szimmetrikus összetevő:
us
u1
A közös összetevő:
uk
us = u1 - u2 u u2 uk = 1 2
u2
us 2 us u2 uk 2 (Megjegyzés: e definíciók egyenfeszültségekre is érvényesek.) u1 u k
Ezekkel:
A lineáris differenciálerősítők kimeneti szimmetrikus és közös feszültség-összetevőit a bemeneti szimmetrikus és közös összetevőkből lineáris egyenletrendszerrel számíthatjuk ki: ukis = Auss ubes + Ausk ubek ukik = Auks ubes + Aukk ubek
ube1 ube2
uki1 uki2
A cél: minél nagyobb Auss megvalósítása. Az erre jellemző minőségi jellemzők: - diszkriminációs tényező A D uss Aukk - közösjel-elnyomási tényező (CMRR = Common Mode Rejection Ratio) A E k CMRR uss Ausk
Aszimmetrikus kimenetű szimmetrikus erősítő (szimmetrikus bemenetű, aszimmetrikus kimenetű): ube1
ube2
uki = Aus ubes + Auk ubek Itt csak közösjel-elnyomási tényező definiálható: A E k CMRR us Auk
Fej3-4-VáhkDiff-Ea8
34
ELEKTRONIKA 2 (BMEVIMIA027)
ZOLTAI
A differenciálerősítő alapkapcsolása Ut+
RC ube1
RC
Rt
ube2
ukis RB
RB RE Ut-
a) Tiszta szimmetrikus vezérlés esetén (ubek = 0 és ube1 = -ube2) A tranzisztorok egyforma nagy, de ellentétes fázisú kollektoráram-változásai kioltják egymást az RE ellenálláson, ezért a közös emitter-pont potenciálja nem változik, ez a pont ún. virtuális földpont. A szimmetria következtében a terhelő ellenállás villamos középpontjának sem változik a potenciálja, tehát ez is virtuális földpont. Az egyik tranzisztor szemszögéből nézve a váltakozó-áramú helyzet a következő: Eszerint a szimmetrikus-szimmetrikus erősítést az FE erősítő erősítésformulájával írhatjuk fel (g22 0): RC
ukis/2
A uss g 21 (R C x Rt/2 ubes/2
RB
A szimmetrikus bemeneti ellenállás: Rbes 2( RB xh11 ) . A szimmetrikus kimeneti ellenállás: Rkis 2 RC
Rt ) 2
A szimmetria következtében a szimmetrikus bemenet nem idéz elő aszimmetrikus kimenetet: Auks = 0
b) Tiszta közös vezérlés: (ubes = 0, ube1 = ube2 = ubek) Most az egyforma kollektoráram-változások összeadódva folynak át az RE ellenálláson, ezért az egyik tranzisztor szemszögéből nézve olyan a helyzet, mintha az R E ellenállás kétszerese okozna (soros, áram-) visszacsatolást. A szimmetria következtében a kollektor-pontok ekvipotenciálisak maradnak, ezért nem folyik áram az Rt ellenálláson, mintha szakadásterhelés volna. Ezért a váltakozó-áramú helyettesítő-kép most: A közös kimeneti jelre vonatkozó feszültségerősítést az emitterköri visszacsatolással rendelkező FE fokozat voc RC erősítésformulájával számíthatjuk ki: g 21 RC Aukk 1 g 21 2 RE A szimmetria következtében szimmetrikus kimeneti jel nem vinc RB keletkezik, tehát: Ausk = 0. 2RE 1 1 A közös bemeneti ellenállás: R bek R B x 1 g 21 2R E 2 g11 Fej3-4-VáhkDiff-Ea8
35
ELEKTRONIKA 2 (BMEVIMIA027)
ZOLTAI
A kimeneti ellenállás (amelyet az egyik kimeneti ponton benézve látunk): A minőségi jellemzők: R R Cx t 2 D 1 g 21 2R E R C CMRR = ∞ Számpélda (gyakorlat):
Adott: ube1 = 1,005 V és ube2 = 0,995 V Mekkorák a kimeneti feszültségek (uki1 és vki2)?
Ut+ = 15V
RC 7,5k
RC 7,5k
Rt =10k 10k uki1
ube1
Rkik RC
uki2
ube2 RE 7,5k Ut- = -15,6V
a) A munkapont: IC0 = 1 m A, UCE0 = 8,1 V. UC0 = 7.5 V (a kollektor-potenciálok) Ehhez g21 = 38 mS. b) A bemeneti feszültségek összetevői: ubes = 0,01 V ubek = 1 V c) Az erősítések (g22 = 0) : R Auss = - g21(RC x t ) = -114 2 Ezzel: ukis = -1,14 V
RC 0.5 2 RE ukik = - 0,5 V
Aukk
Ezzel: d) A kimeneti feszültségek: - A kollektor-potenciálok megváltozása: uki1 = - 0.5*1,14 – 0,5 = - 1,07 V uki2 = + 0.5*1,14 – 0,5 = 0,07 V - A kimeneti pontok és a föld között mérhető feszültségek: Uki1 = 7,5 – 0.5*1,14 – 0,5 = 6,43 V (UC0 + 0.5ukis + ukik) Uki2 = 7,5 + 0.5*1,14 – 0,5 = 7,57 V (UC0 – 0.5ukis + ukik) Kapcsolási változatok
a) A nagy D (és Ek) érdekében nagy RE megvalósítása A megoldás hasonló, az FK erősítőnél az erősítés 1-hez való közelítése érdekében alkalmazott megoldáshoz („aktív RE”).
Fej3-4-VáhkDiff-Ea8
36
ELEKTRONIKA 2 (BMEVIMIA027)
ZOLTAI
b) Emitter-köri visszacsatolás az erősítés stabilizálása érdekében Itt:
RE
* g 21
g 21 1 g 21 RE
RE
2I0
c) Differenciálerősítő aszimmetrikus kimenettel RC
RC
∞ Rt
Rt
∞
CC
∞
Rt ube1
Fej3-4-VáhkDiff-Ea8
ube2 RE
Az elrendezés visszavezethető az alapkapcsolásra (lásd a szaggatott vonallal felrajzolt részeket): Így: uki = Aus ubes + Auk ubek , ahol (g22 = 0 esetén): Aus = – 0.5Auss = – 0.5g21(RC x Rt) g R xR A uk A ukk 21 C t . 1 2g 21R E Bevezethető a nem invertáló (ube1) és az invertáló (ube2) bemenet fogalma.
37
