Bộ KĐ vi sai- Sơ đồ và các tham số cơ bản
Trả lời:
Bộ khuyếch đại vi sai-Sơ đồ và các tham số cơ bản a.Bộ khuyếch đại vi sai
Trong các bộ khuyếch đại tắn hiệu xoay chiều,người ta không quan tâm đến hiện tương trôi,vì qua phần tử ghép điện dung,trôi không được đưa đến đầu ra.Trôi chỉ làm thay hệ số khuyếch đại của mạch. Ảnh hưởng này có thể khắc phục được nhờ bằng hồi tiếp âm.
Ngược lại,trong các bộ khuyếch đại tắn hiệu một chiều,trôi cũng được đưa đến đầu ra như tắn hiệu.Vì vậy trong trường hợp này phải tìm cách giảm trôi.Trong thực tế không thể tác động trưc tiếp vào tranzistor để giảm trôi được,nên người ta dung bộ khuyếch đại vi sai.Bộ khuyếch đại vi sai khuyếch đại hiệu hai điện áp đặt ở đầu vào,do đó điện áp ra của nóa chỉ chịu ánh hưởng cảu các điện áp trôi của transistor.Do đó bộ khuyếch đại vi sai có mức trôi thấp nhất.Trường hợp mạch hoàn toàn đối xứng thì trôi dược khử hoàn toàn. Để phát huy ưu điểm đó của mạch người ta không những dung bộ khuyếch đại vi sai để khuyếch đại 2 địên áp mà còn để khuyếch đại một điện áp.| Điện áp đó được đưa đến một đàu vào, đầu vào thứ 2 được nối đất.
b.Sơ đồ và tham số cơ bản
Sơ đồ và các tham số cơ bản của bộ khuyếch đại vi sai dung tranzistor lưỡng cực và Fet được biểu diễn trong bảng 4.5.
Bộ khuyếch đại vi sai là một bộ khuyếch đại tắn hiệu một chiều đối xứng, có 2 đầu vào và hai đầu ra.Trong bộ khuyếch đại vi sai điều đáng chú ý là nếu các điện áp vào Ud=Uv1-Uv2 được khuyếch đại lên Kcm lần, với Kcm << Kud. Điện áp vào được chia thành 2 thành phần:thành phần điện áp đồng pha, ký hiệu là Ucm chắnh là trị trung bình đại số của 2 điện áp vào Và thành phần điện áp hiệu. Vì giả thiết mạch hoàn toàn đối xứng nên điện thế emito(điểm P trong bảng 4.5) luôn luôn không đổi.Do đó các sơ đồ trong bảng 4.5 có thể coi như là sơ đồ emito chung hoặc colector chung có điện áp vào vào trên mỗi transistor là . Để tắnh hệ số khuyếch đại Ku,Ki và trở kháng vào Zv,trở kháng ra Zr có thể áp dụng các biểu thức của sơ đồ emito chung Soure chung đã biết.
+Hệ số khuyếch đại hiệu với giả thiết Ucm =0
Ở tần số thấp cũng như ở tần số cao Kud đều có giá trị số giống như của mạch emito chung hoặc Soure chung.Trường hợp cần lấy tắn hiệu trên một đầu ra so với đất,ta có hệ số khuyếch đại đối với một đầu ra:
Kud1=Kud2 =Ur1/Ud= Urd/2Ud =Kud/2
bằng một nửa hệ số khuyếch đại đối với một đầu điện áp ra đối xứng.
Khi ở đầu vào chỉ có điện áp đồng pha tức Ud=0 thì Ucm =Uv1= Uv2,thì mạch làm việc ở chế độ khuyếch đại tắn hiệu đồng pha.Lúc này cả 2 tranzistor đều được điều khiển bởi một điện áp có biên độ và pha như nhau.Do mạch đối xứng,nên dòng điện trên các cực tương ứng của 2 tranzistor băng nhau.Do đó ta có sơ đồ tương đương hình 4.18a.Vì điện thế emito của transistor bằng nhau,nên không có dòng chạy trong day dẫn nối 2 emito với nhau,do đó trong sơ đồ tương đương không vẽ dây nối đó .Tách sơ đồ tương đương thành 2 nửa đối xứng với một mạch emito chung có điện trở
emito là 2RE hoặc một mạch soure chung có điện trở nguồn là 2Rs và có hồi tiếp âm dòng điện. Ur -E +E Q2 Q1 Rc Rc Re Q7 Q6 +E -E Ur Re1 Rc Rc
Hình 4.18.Sơ đồ tương đương của bộ khuyếc đại vi sai dung tranzistor lưỡng cực a) Đối với điện áp vào đồng pha ;b) đối với điện áp vào hiệu
Hệ số khuyếch đại tắn hiệu đồng pha Kcm có thể suy ra từ biểu thức đã có đối với sơ đồ emito chun g và suore chung có hồi tiếp âm dòng điện. Điện trở hồi tiếp 2RE hoặc 2RS càng lớn thì Kcm càng nhỏ.Nếu các diện trở này rất lớn (tương ứng UEE cũng rất âm) thì dòng emito của 2 tranzistor hầu như không đổi trong suốt quá trình làm việc,nghiã là trên đầu ra diện áp hầu như không đổi,do đó Kcm tiến tới bằng không.
Tóm lại sự khác nhau cơ bản giữa chế độ khuyếch đại tắn hiệu nà chế độ khuyếch đại tắn hiệu đồng pha là ở chỗ: Ở chế độ khuyếch đại tắn hiệu,RE và RS không có tác dụng hồi tiếp âm;ngược lại ở chế độ khuyếch đại tắn hiệu đòng pha chúng có tác dụng hồi tiếp âm lớn làm cho hệ số khuyếch đại tắn hiệu đồng pha giảm
105
Bảng 4.5.
(1)Nếu β>>1;Rc <<rce;rbe ≈βUt/IE thì Kud≈RcIE /UT
(2)rce→∞ & β0>>1 (3)rds→ ∞
(4) Bỏ qua Cde hoặc Cgs
Trong bộ khuếch đại vi sai, người ta còn đưa ra khái niệm về hệ số nén tắn hiệu đồng pha G(CMRR) là tỉ số giữa hệ số khuếch đại tắn hiệu đồng pha.
G(CMRR) = |Kud1/Kcm|(db)
Để có hệ số nén tắn hiệu đồng pha lớn chọn RE hoặc RS
lớn. Tuy nhiên không thể chọn RE hoặc RS
sao cho IE RE hoặc IS RS nhỏ hơn 10-15V để đảm bảo về công suất tổn hao trên điện trở và điều kiện về nguồn cung cấp -UE .Vì vậy trong thực tế, thay cho RE hoặc RS người ta dùng 1 nguồn có điền trở trong lớn và hạ áp trên nó nhỏ (H4.19).Trên sơ đồ H4.19 ta có IC ≈ IE trị số của nó thay đổi được nhờ thay đổi UB ,UCC và RE' .Bằng sơ đồ này ta có thể đạt được G(CMRR) tới 60- 80db.Nếu mắc nối tiếp nhiều bộ khuếch đại vi sai còn có thể tăng (CMRR) hơn nữa.
Trong thực tế thường hay gặp trường hợp điện áp đặt vào bộ khuếch đại vi sai gồm cả 2 thành phần
d
U và Ucm lúc đó điện áp ra Ur2 Kud1.Ud1Kcm.Ucm
Trong bộ khuếch đại vi sai người ta phân biệt trở kháng vào hiệu: Zd = Ud /Iv
và trở kháng vào đồng pha:
Zcm = Ud/Iv
Ub Re E -E Ur Rc Rc a
Hình 4.19.Bộ khuyếch đại vi sai dung nguồn dong trong mạch emito a) sơ đồ ;b)Sơ đồ tương đương,rco được xác định theo ()
Từ sơ đồ tương đươnh hình 4.18b,ta thấy rằng ở chế độ khuyếch đại hiệu,nhuồn tắn hiệu mắc nối tiếp với các đầu vào của tranzitor,do đó trở kháng vào hiệu tăng lên 2 lần so với trở kháng vào của mạch emito chung hoặc soure chung đơn giản.Ngược lại,trở kháng vào đồng pha giảm đi 2 lần so với trở kháng vào của mạch emito chung có trở kháng nối tiếp là 2RE hoặc 2RS.Thường trở kháng vào đồng pha Zcm >100 Zd.
Điện trở ra của mạch chình là điện trở rco nằm giữa colecto T1.và đất,nó có trị số đúng bằng trị số rco
của sơ độ emito chung hoặc soure chung có điện trở hồi tiếp là RE // rd1 ,trong đó rd1 là điện trở khuyếch tán emito của T1;rd1 ≈UT/ IE1 (đối với tranzitor lưỡng cực) và rd1≈1/s(đối với Fet).
Để đánh giá dải động của tắn hiệu vào bộ khuyếch vi sai,ta xét dặc tuyến truyền đạt tỉnh Ic =f(Uv1 - Uv2) của nó
Khi giả thiết exp (UBE /UT)>>1,ta có biểu thức gần đúng biểu diễn quan hệ giữa dòng colecto Ic và điện áp bazo-emito UBE của tranzistor T1 và T2 như sau:
IC1≈ IE1 =IEbh1 eUBE1/UT IC2≈ IE2 =IEbh2 eUBE2/UT
Trong đó :IE1,IE2 -dòng emito của tranzistor T1 và T2 IEbh1,IEbh2 -dòng bão hoà emito của T1 và T2
UT -điện áp nhiệt của trnzistor.
Giả thiết cả 2 tranzistor có đặc tuyến tỉnh như sau và có cùng nhiệt độ,ta có: IEbh1=IEbh2=IEbh
Ở chế độ khuyếch đại hiệu,dòng qua RE không đổi và có giá trị số: IEtổng= IE1 + IE2
Thay vào biểu thức (4.92) ta nhận được: IEtổng -IE1=IE2=IEbheUBE2/UT (4.93)
Thay IEbh trong (4.93) vào (4.91),rút ra dược biểu thức sau: IC1≈ IE1≈ IEtổng /1+e-(UBE1 -UBE2) /UT (4.94)
Tương tự như vậy ta tìm được biếu thức đối với dòng colecto T2 IC1=Ie1=IEtổng/1+e(UBE1- UBE2/Ut) (4.95)
các quan hệ (4.94) va (4.95) được biểu diễn trên hình 4.20. Nhận xét :
1) Đặc tuyến truyền đạt có tốc độ lớn nhất khi Ud=UBE1-UBE2 =0
107 dIc1/d(UBE1-UBE2)=IEtổng/4UT=Si0/4=Si01/2 dIc1/d(UBE1-UBE2)=IEtổng/4UT=Si0/4=Si01/2
2) Bộ khuếch đại tuyến tắnh giới hạn trong phạm vi -Ut < Ud <UT(với UT=30 mV). 3) Bộ khuếch đại vi sai trở thành mạch hạn biên khi |Ud| > 4UT
có thể nói rằng méo phi tuyến xuất hiện khi dùng bộ khuếch đại vi sai nho hơn nhiều so với trường hợp dùng mạch emito chung.Nguyên nhân chủ yếu là do sự bù trừ đặc tuyến vào hai tranzitor. Trong bộ khuếch đại vi sai còn phải lưu ý đến điện áp vào đồng pha cho phép là một thành phần của điện áp vào.Trị số của nó không được phép vượt quá một giá trị nào đó để đảm bảo cho bộ khuếch đại làm việc cho bộ khuếch đại làm việc trong miền khuếch đại tuyến tắnh ,nghĩa là đối với tranzitor lưỡng cực phải đảm bảo điều kiện ngắt của điôt colecto (xem bảng 1.2) và |IE |>0 và đối với Fet đảm bảo điều kiện |UDS|>> UDS0 và | Is|>0.