diferencijalni pojačavač - Пријаваnasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/2371/6. diferencijalni...

dr Dejan S. Aleksid Elektronika

Diferencijalni pojačavač

Prirodno-matematički fakultet u Nišu Departman za fiziku

dr Dejan S. Aleksid Elektronika – Diferencijalni pojačavač

• Diferencijalni pojačavač je linearni elektronski sklop namenjen pojačavanju razlike dva signala.

• Može se realizovati na različite načine, a široku primenu nalazi kao ulazni stepen složenih monolitnih integrisanih kola.

Uvod Dinamička svojstva diferencijalnog pojačavača Zajedničko pojačanje Diferencijalno pojačanje Faktor potiskivanja Realizacija strujniog izvora u kolu emitera


• Pretpostavidemo da su grane diferencijalnog pojačavača simetrične tj. da su tranzistori T1 i T2 identičnih karakteristika.

• Otpori RB služe za dovođenje jednosmerne struje u baze tranzistora, čime se osigurava rad tranzistora u normalnom režimu.

• Pojačavač ima dva ulaza na bazama B1 i B2 i dva izlaza na kolektorima C1 i C2.

• Emiteri su spojeni u zajedničku tačku E u kojoj deluje izvor konstantne struje Io.

• On se može u realnim kolima realizovati na više načina o čemu de biti reči kasnije.



• Kada na ulazima pojačavača nisu prisutni signali, struja Io se, zbog simetričnosti pojačala, podjednako deli na oba tranzistora.

• Ako je faktor strujnog pojačanja β tranzistora T1 i T2 puno vedi od jedinice onda je:

• Jednosmerni potencijal tačke E je UE i iznosi:

• Uz zanemarivanje iverzne struje zasidenja kolektorskog spoja struja baze iznosi:

)1(2

0III EC

)2(BBBECCE RIUUU

)3(2

oCB

III



• Iz (2) i (3) sledi:

• A pomodu (1) i (4) dobija se:

• Izlazima pojačavača u tačkama C1 i C2 odgovaraju potencijali:

• Naponska razlika između izlaznih priključaka jednaka je nuli i pojačavač se nalazi u stanju ravnoteže.

)6(2

021

PCCCC

RIUUU

)4(2

0IR

UUU BBECCE

)5(2

0IR

RUU

URIUU

PB

BECE

EPCCCCE



• Šta de se dogoditi ako se na ulaze B1 i B2 dovedu signali iste faze i amplitude (Uul1=Uul2)?

• Pošto su grane pojačala simetrične, signali iste faze na ulazima ne mogu poremetiti stanje ravnoteže.

• Struja I0 i dalje de se podjednako deliti na obe grane a naponi UP1 i UP2 na izlazima bide međusobno jednaki.

• Ako se priključe signali istih amplituda ali suprotne faze (Uul1=-Uul2), dodi de do narušavanja stanja ravnoteže.

• Struja emitera jednog tranzistora de porasti za određeni iznos, dok de se struja emitera drugog tranzistora smanjiti za isti iznos jer suma struja emitera tranzistora T1 i T2 mora biti jednaka I0.

• Posledica su različiti iznosi struja kolektora i različiti iznosi napona UP1 i UP2, čime je ravnoteža pojačavača narušena.



• Da bi kolo na slici radilo, tranzistori T1 i T2 moraju imati statičku radnu tačku lociranu u normalnom aktivnom području.

• Napon UCE mora biti pozitivan i vedi od UBE.

• Na osnovu relacije (5) taj uslov de biti ispunjen ako je

• Da bi se postiglo potrebno naponsko pojačanje, otpor RP mora imati iznos od nekoliko kΩ.

• Faktor strujnog pojačanja β ima tipičan iznos reda veličine 100, te otpor RB prema relaciji (7) iznosi nekoliko stotina kΩ.

• Ovo je mogude realizovati u diskretnoj i hibridnoj tehnici ali ne i u monolitnoj tehnici.

• U tom slučaju se realizuje kolo bez otpornika u kolu baze tranzistora.

)7(PB RR



• Ako analiziramo dinamička svojstva diferencijalnog pojačavača prikazanog na slici kod koga je strujni izvor u krugu emitera tranzistora T1 i T2 simuliran otporom RE spojenim na izvor jednosmernog napona UEE.

• Ako zamenimo uprošdeni model tranzistora za naizmenični signal dobidemo slededu sliku.



• Odredidemo izlazne napone UP1 i UP2 na kolektorima C1 i C2 kao funkcije ulaznih napona Uul1 i Uul2.

• Iz ulaznih krugova tranzistora T1 i T2 sa slike sedi:

• Izlazni naponi Up1 i Up2 iznose:

• Eliminacijom struja Ib1 i Ib2 iz relacija 8-11 dobija se:

)9())(1(

)8())(1(

21211122

21211111

Ebbbul

Ebbbul

RIIhhIU

RIIhhIU

2111, hhhh feie

)11(2

)10(

212

1211

IRhU

IRhU

Pp

bPp

)13()1)((

)12()1)((

21121122

11121211

ulEululp

ulEululp

UhRhUUGU

UhRhUUGU

)14(

)1(2 211111

11

E

p

Rhhh

RhG



• Napon Uiz definisan razlikom napona Up1 i Up2 iznosi:

• Napon Uiz zavisi samo od razlike ulaznih napona.

)15()( 2111

2121 ulul

pppiz UU

h

RhUUU

2111, hhhh feie



• Ako se na ulazne priključke diferencijalnog pojačavača dovede signali jednakih amplituda i iste faze, izlazni naponi Up1 i Up2 iznose:

0

)17()1(2

)16()1(2

21

22111

212112

12111

211111

21

ppiz

ulE

pulp

ulE

pulp

ulul

UUU

URhh

RhUGhU

URhh

RhUGhU

UU



• Ako se na ulazne priključke diferencijalnog pojačavača dovede signali jednakih amplituda ali suprotne faze, izlazni naponi Up1 i Up2 iznose:

)20(2

)19(

)18(

111

2121

11

2121

211

212

111

211

21

ulp

ululp

ppiz

ulp

p

ulp

p

ulul

Uh

RhUU

h

RhUUU

Uh

RhU

Uh

RhU

UU



• Definisademo pojačanje signala iste faze odnosom napona na kolektoru i napona na bazi istog tranzistora kada je Uul1=Uul2.

• Za tranzistor T1 i T2 :

• Pojačanje signala iste faze zove se zajedničko pojačanje.

• Relacija 21 i 22 pokazuju da su zajednička pojačanja za oba tranzistora ista. Ako se taj izraz uporedi sa izrazom za naponsko pojačanje pojačavača u spoju sa ZE sa emiterskom degeneracijom, može se uočiti da su ti izrazi u sustini isti.

• Jedina razlika je ta što je član (1+h21) RE zamenjen je članom 2 (1+h21) RE tj. (1+h21) 2RE .

)22()1(2

)21()1(2

2111

21

2

22

2111

21

1

11

E

p

ul

pz

E

p

ul

pz

Rhh

Rh

U

UA

Rhh

Rh

U

UA



• Definisademo pojačanje signala suprotne faze odnosom napona na kolektoru i razlike ulaznih napona Ud=Uul1-Uul2 kada je Uul1=-Uul2.

• Za tranzistor T1 i T2 :

• Diferencijalna pojačanja za oba tranzistora su istog apsolutnog iznosa.

• U ovom slučaju emiterski otpor RE ne deluje na iznos pojačanja jer signali suprotnih faza na bazama B1 i B2 gererišu jednake struje suprotnog smera kroz RE, te je naizmenični pad napona na tom otprou jednak nuli.

• Drugim rečima tačka E je uzemljena za signale suprotnih faza i obe grane diferencijalnog pojačavača rade kao normalna kola u spoju ZE bez emiterske degeneracije.

)24(22

)23(22

11

21

1

2

21

222

11

21

1

1

21

111

h

Rh

U

U

UU

U

U

UA

h

Rh

U

U

UU

U

U

UA

p

ul

p

ulul

p

d

pd

p

ul

p

ulul

p

d

pd



• Da bi kolo sa prethodne slike radilo kao dobar diferencijalni pojačavač, mora se obezbediti što vede diferencijalno pojačanje i što manje zajedničko pojačanje.

• Veličina koja vrednuje ovo svojstvo realnog diferencijalnog pojačavača zove se faktor potiskivanja.

• On se definiše ako apsolutan iznos odnosa diferencijalnog i zajedničkog pojačanja.

• Ovaj faktor se može računati i meriti na obe grane diferencijalnog pojačavača. Iz relacije za diferencijalno i zajedničko pojačanje sledi da obe grane imaju isti faktor potiskivanja koji je određen slededom relacijom:

)25(z

d

A

Ajapotiskivanfaktor

)26(12

1

1121

2

2

1

1

h

Rh

A

A

A

A E

z

d

z

d



• Da bi se dobio visok iznos faktora potiskivanja, tj. Da bi se realni diferencijalni pojačavač po svojim svojstvima približio idealnim dif. Pojačavaču, potrebno je obezbediti visok odnos otpora RE u kolu emitera.

• Ovde je bitno da se zahtev za visokim iznosom otpora RE odnosi na dinamička svojstva pojačavača

• Gledano statički, otpor RE može da bude relativno nizak.

• Ako bi npr. stavimo Re=2MΩ i za jednosmernu struju kolektora ICQ=1mA dobijamo:

• Što znači da bi diferencijalni pojačavač morali da napajamo istosmernim naponom od više hiljada volti.

• Dakle, otpor RE se ne može realizovati jednostavnim povedanjem linearnog otpornika.

• Umesto linearnog otpornika treba primeniti nelinearnu komponentu koja de imati veliku dinamičku otpornost i relativno nisku statičku otpornost.

• Ovo svojstvo tipično imaju strujni izvori.

VRIU ECQE363 1041021022



• Jedna moguda realizacija diferencijalnog pojačavača sa strujnim izvorom u krugu emitera prikazana je na slici.

• Strujni izvor je simuliran tranzistorom T3 koji radi u normalnom aktivnom režimu gde mu je zbog, skoro horizontalnih izlaznih statičkih karakteristika, dinamički otpor puno vedi od jednosmernog.

• Otpori R1, R2 i R3 osiguravaju odgovarajudi položaj statičke radne tačke.

• Diode D1 i D2 omogudavju kompenzaciju temperaturnog koeficijenta napona spoja baza-emiter tranzistora T3. Time se obezbeđuje potrebna temperaturna stabilnost struje I0


diferencijalni pojačavač - Пријаваnasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/2371/6. diferencijalni...

Documents