Eine Frage zum Verständnis eines BJT-Differenzverstärkers?

Ich versuche zu verstehen, wie ein Differenzverstärker Gleichtaktrauschen unterdrückt und das Differenz- / Normalmodusrauschen verstärkt.

Dafür verwende ich die folgende Schaltungstopologie und Simulation:

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Wenn Vin+ und Vin- differentiell sind, erhöht sich Vout wie folgt:

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Wenn Vin+ und Vin- gleich sind, bewegt sich Vout nicht viel wie unten:

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Bei Gleichtakteingängen ist die Erhöhung von Vout geringer als die Erhöhung von Vin. Gleichtaktspannungen werden also gedämpft oder wir können sagen, dass die Verstärkung negativ ist.

Bei differentiellen Eingängen ist die Erhöhung von Vout jedoch viel größer als die Erhöhung von Vin. Gegentaktspannungen werden also verstärkt. Daher bedeutet positiver Gewinn.

Ich kann diese als Ergebnis in Simulationen sehen.

Aber ich weiß nicht, was dies logisch verursacht. Ich meine, die Stromquelle verursacht all dies, aber wie? Warum verursachen Gleichtakteingänge fast keinen Unterschied in Vout, aber Gegentaktspannungen haben eine große Verstärkung? Gibt es eine Möglichkeit, Schritt für Schritt zu erklären, was in dieser Schaltung auf Transistorebene vor sich geht, um zu erklären, warum die Ergebnisse so sind?

Die aktuelle Quelle „verursacht das alles nicht“. Sie könnten es durch einen Widerstand ersetzen (der keine große Stromquelle ist, aber auf eine Art und Weise funktioniert.) Die BJTs sind hier der Schlüssel. Unter der Annahme, dass sie aufeinander abgestimmt sind (z. B. BCM62 oder BCM61), führt eine Eingangsdifferenz zwischen den Basen von 60 mV zu einem Unterschied von etwa 10:1 in den Kollektorströmen. Eine Differenz von 0 teilt die Kollektorströme gleichmäßig 1:1 auf. In allen Fällen entspricht die Summe der Kollektorströme (plus der kleineren Basisströme) dem Wert Ihrer Stromsenke.
Warum bleibt die "Emitterspannung" im Differentialfall konstant und steigt im Gleichtaktfall an?
und wie kann ein Widerstand als Stromquelle fungieren?
Dämpfung ist keine negative Verstärkung. Es ist eine Verstärkungsgröße von weniger als 1.
Wichtigster Schlüssel zum Verständnis von Diff-Amps: hfe aufgeben! Transistoren sind Spannungseingang, Stromausgang, siehe Ebers-Moll-Gleichung. Der BJT ist ein Transkonduktanzelement, wie jede Vakuumröhre oder jeder FET. Beachten Sie die winzige Differenzspannung als Eingang gegenüber dem enormen Differenzstromausgang . Dann wandelt 10K den Ausgangsstrom in Volt um.
@doncarlos Indem die Spannung darüber relativ stabil gehalten wird.

Antworten (1)

Wenn die Schaltung symmetrisch ist (sowohl Komponenten als auch Erregungen), wird der Strom von der Stromquelle gleichmäßig zwischen dem linken und dem rechten Zweig aufgeteilt. Obwohl Vin+ und Vin- beide zunehmen, bleibt der Strom durch Q1 daher ungefähr konstant bei 0,5 mA. Dies erfordert, dass die Emitterspannung ansteigt, um die Basis-Emitter-Spannung annähernd konstant zu halten.

Wenn die Erregungen stattdessen differentiell sind, wird der Strom durch einen Transistor zunehmen und der Strom durch den anderen abnehmen, sodass die Summe immer gleich 1 mA ist. Dies führt zu einer großen Änderung von Vout.

BEARBEITEN:

Angenommen, dass Vin+ zunimmt und Vin- abnimmt. Der Strom durch den BJT auf der linken Seite wird daher zunehmen, und der Strom durch den BJT auf der linken Seite wird abnehmen. Aufgrund der Symmetrie stellt sich heraus, dass die Emitterspannung bei differentiellen Anregungen konstant ist. Dann können wir finden

Δ ICH C = G M Δ v B .
Links ist diese Änderung des Kollektorstroms positiv und links negativ. Die Verstärkung des Verstärkers ist dann (ungefähr):
A v = G M R 1 ,
da sich die Ausgangsspannung um das Produkt aus dem Widerstand und der Änderung des Kollektorstroms ändert.

Ich glaube, ich verstehe Ihren ersten Absatz und "die Emitterspannung steigt, um die Basis-Emitter-Spannung ungefähr konstant zu halten" ... Aber für den zweiten Teil konnte ich nicht klar verstehen. Wie verhält sich die Stromquelle, wenn die Eingänge differenziell sind und eine große Verstärkung verursachen?
Kennen Sie die Kleinsignalanalyse (auch bekannt als inkrementelle Analyse)?
Ja irgendwie. Bei der Kleinsignalanalyse wird das nichtlineare Verhalten aufgrund der kleinen Änderung von Vbe linear.
Sehen Sie sich meine Bearbeitung an und lassen Sie es mich wissen, wenn es immer noch unklar ist.
Warum bleibt die "Emitterspannung" im Differentialfall konstant und steigt im Gleichtaktfall an?
@doncarlos Zuerst müssen Sie die gm-Steilheit berechnen und ihre Natur und ihre Ursache verstehen. BJT-Transistoren sind Spannungseingangsgeräte, wie sie in Kaskodenschaltungen, Stromspiegeln ... und Diff-Amps zu sehen sind. Die Kenntnis von HFE und Stromverstärkung wird Ihnen überhaupt nicht helfen (und kann Ihnen sogar eine große Lernbarriere auferlegen) . .gl/swMT6H
Eine Frage zum Verständnis eines BJT-Differenzverstärkers?
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