Gleichtaktverstärkung BJT Differenzverstärker

Eine Möglichkeit, die Gewinne zu finden, besteht darin, einen Betriebspunkt auszuwählen, dort zu analysieren, ihn dann ein wenig zu stören und dort zu analysieren. Es sind getrennte Störungen für eine Gleichtaktänderung und eine Gegentaktänderung erforderlich.

Analysieren Sie zum Beispiel alles auf 0 V an beiden Eingängen. Erhöhen Sie für die Gleichtaktverstärkung jeden Eingang um 1 V und analysieren Sie, was mit dem Ausgang passiert. Die Ausgangsänderung dividiert durch die Eingangsänderung (in diesem Beispiel 1 V) ist die Gleichtaktverstärkung.

Beginnen Sie in ähnlicher Weise mit dem zuvor analysierten Fall, bei dem beide Eingänge bei 0 liegen, erhöhen Sie den positiven Eingang um 1 mV und sehen Sie, was Sie erhalten. Die Gegentaktverstärkung ist dann die resultierende Ausgangsänderung dividiert durch die Differenzeingangsspannungsänderung (in diesem Beispiel 1 mV). Wenn der Ausgang übersteuert, war die Eingangsänderung zu groß. Verringern Sie in diesem Fall die Eingangsänderung und versuchen Sie es erneut.

EDIT : Meine Antwort wurde aktualisiert. In der ersten Version habe ich fälschlicherweise angenommen, dass nach dem Gleichtakt-Eingangswiderstand - statt nach der Gleichtakt-Verstärkung - gefragt wurde.

Anstatt die vollständige Formel für die Gleichtaktverstärkung bereitzustellen, beschreibe ich gerne, wie das gewünschte Ergebnis erzielt wird. Dies sollte es Ihnen ermöglichen, die Aufgabe selbst zu lösen.

Wie Sie wissen, ist die Verstärkung das Verhältnis von Ausgang zu Eingang. Bei Gleichtaktsignalen würde es im Prinzip genügen, nur einen Eingang zu betrachten, da beide Transistoren das Gleiche tun. Wenn Sie also nur einen Eingang betrachten, müssen Sie eine einfache Stufe mit gemeinsamem Emitter mit negativer Rückkopplung analysieren, die durch den Widerstand im gemeinsamen Emitterzweig verursacht wird. Dieser Rückkopplungseffekt verringert natürlich drastisch die Gleichtaktverstärkung.

Im vorliegenden Fall erfolgt die Rückkopplung nicht über einen ohmschen Widerstand (Re), sondern über einen differentiellen (dynamischen) Widerstand (re). Dieser Rückkopplungswiderstand re hat einen endlichen Wert (Ausgangswiderstand a bjt identisch mit der inversen Steigung der Kennlinie Ic = f(Vce) des Transistors im gemeinsamen Emitterzweig).

Daher kann die bekannte Verstärkungsformel für eine Stufe mit gemeinsamem Emitter mit resistiver Rückkopplung angewendet werden. Ein wichtiger Punkt darf jedoch nicht außer Acht gelassen werden:

Die zu beachtende Stromänderung im Rückkopplungswiderstand bei Gleichtaktbetrieb wird durch BEIDE (gleiche) Eingangssignale verursacht. Daher ist die entsprechende Spannungsänderung, die die Rückkopplungsspannung verursacht, ZWEIMAL so groß wie der Wert, der nur zu einem Transistor gehört. Dieser Effekt lässt sich leicht abdecken, wenn wir „re“ in der Formel für den Eingangswiderstand durch den Ausdruck „ 2re “ ersetzen. Das ist alles.

Die Kleinsignal-Gleichtaktverstärkung dieser Schaltung hängt vollständig von Unvollkommenheiten in den Komponenten ab und daher ist ihr "theoretischer Wert" nur 0.

Alle 1-kOhm-Widerstände seien genau gleich, zwei Differenztransistoren seien genau gleich und der Kollektorstrom des BJT mit den Pins 3 4 5 sei unabhängig von V CE. Eine Erhöhung beider Eingangsspannungen um den gleichen Betrag (z. B. 10 mV) bewirkt dann eine Erhöhung der gemeinsamen Emitterspannung (7 10 5) um genau 10 mV. Der Strom durch die Stromquelle BJT ändert sich nicht und die Ausgangsspannungen bleiben gleich.

Für den nicht idealen Fall müssen Sie die Abhängigkeit des BJT-Kollektorstroms von V CE (Kollektor-Emitter-Spannung) berücksichtigen. Diese Abhängigkeit ist für moderne BJTs eher schwach, Sie können sie in Datenblättern von IC vs. V CE-Plots finden.

Die Kleinsignal-Differenzverstärkung beträgt 1 kOhm * SE * h, hier ist SE eine Eingangsleitfähigkeit von BJT an seinem Arbeitspunkt und h ist eine BJT-Stromverstärkung. Diese Werte können auch aus Datenblättern entnommen oder abgeleitet werden.

Ich denke, der Grund, warum Sie Schwierigkeiten haben, ist, dass Sie sehen können, dass der Stromspiegel ungefähr einen konstanten Gleichtaktstrom aufrechterhält. Dies bedeutet, dass ein Signal, das gleichermaßen an Vin1 und Vin2 angelegt wird, keine Schwankung der Gleichtakt-Ausgangsspannung verursacht. Die Gleichtaktverstärkung ist also Null. Natürlich ist nichts perfekt und die reale Gleichtaktverstärkung wird größer als Null sein, aber immer noch sehr niedrig. Und das ist der Vorteil des differentiellen Eingangspaars.

Der Differenzverstärker hat eine Single-Ended-Verstärkung von 20 und eine Double-Ended-Verstärkung von 40.