Różnicowe wzmacniacze tranzystorowe

"Jak zdać Saic?" s01e02 - Wzmacniacz Tranzystorowy (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Różnicowe wzmacniacze tranzystorowe

Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe i obwody


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka matematycznego analizowania obwodów wymaga dużo nauki i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Dokładnie zmierz i zanotuj wszystkie wartości składowe przed budową obwodu, wybierając wartości rezystorów wystarczająco wysokie, aby uszkodzić jakiekolwiek aktywne komponenty, które są mało prawdopodobne.
  2. Narysuj schemat obwodu, który będzie analizowany.
  3. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  4. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  5. Matematycznie przeanalizuj obwód, rozwiązując wszystkie wartości napięcia i prądu.
  6. Dokładnie zmierz wszystkie napięcia i prądy, aby zweryfikować dokładność analizy.
  7. Jeśli wystąpią jakiekolwiek istotne błędy (większe niż kilka procent), dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem diagramu, a następnie dokładnie oblicz ponownie wartości i ponownie zmierz pomiar.

Kiedy uczniowie najpierw zapoznają się z urządzeniami półprzewodnikowymi i najprawdopodobniej ich uszkodzą poprzez niewłaściwe połączenia w swoich obwodach, polecam eksperymentować z dużymi komponentami o dużej mocy (diody prostownicze 1N4001, tranzystory mocy TO-220 lub TO-3) itp.), a zamiast tego korzysta się z zasilanych bateriami suchych ogniw. Zmniejsza to prawdopodobieństwo uszkodzenia podzespołów.

Jak zwykle, unikaj bardzo wysokich i bardzo niskich wartości rezystorów, aby uniknąć błędów pomiarowych spowodowanych przez "ładowanie" licznika (na wyższym końcu) i uniknąć wypalenia tranzystora (na niskim końcu). Polecam rezystory od 1 kΩ do 100 kΩ.

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować matematycznie przewidywać różne wartości napięcia i prądu. W ten sposób teoria matematyczna "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zyskaliby jedynie przez rozwiązywanie równań.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku matematycznych przewidywań) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów, którzy biorą udział w kursie "itemsheetpanel panel-default" itemscope>

pytanie 2

Jakościowym modelem zachowania tranzystora jest zmienny rezystor. Chociaż jest on rażąco niedokładny w sensie ilościowym (liczbowym), to przynajmniej zapewnia sposób oceny jego zachowania w sensie "bardziej przewodzącego" lub "mniej przewodzącego".


Zastosuj ten "model" zachowania tranzystora do tego tranzystorowego obwodu wzmacniacza i opisz, co dzieje się z napięciem kolektora (V C ) i napięciem emiterów (V E ), gdy napięcie wejściowe (V) rośnie i maleje:


Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Gdy wzrasta V, VE wzrasta, a V C maleje. Gdy V zmniejsza się, VE maleje, a V C rośnie.


Uwagi:

Jeśli ta koncepcja jest myląca dla któregokolwiek z twoich uczniów, narysuj parę trój-rezystancyjnych obwodów dzielnika napięcia na tablicy, aby wszyscy mogli ją zobaczyć, a następnie poproś uczniów, aby przeanalizowali spadki napięcia w dwóch warunkach: gdy środkowy rezystor ma niską wartość, a kiedy środkowy rezystor jest wysokiej wartości.

Ostrożni uczniowie rozpoznają tę konfigurację obwodu tranzystora jako rozdzielacz fazowy .

pytanie 3

Zidentyfikuj typ wzmacniacza tranzystorowego (wspólny kolektor, wspólny nadajnik lub wspólna baza) i sprawdź, czy jest odwracany, czy nie .


Wyjaśnij także, jak wyprowadzić równanie wzmocnienia napięcia dla tego wzmacniacza:


A V = R C


R E + r ' e

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jest to obwód wzmacniacza wspólnego emiterów, który się odwraca. Oto schematyczna wskazówka wyjaśniająca, dlaczego formuła wzmocnienia napięcia jest taka jaka jest. Należy pamiętać, że tranzystor jest tutaj modelowany jako rezystor i kontrolowane źródło prądu:


Pytanie uzupełniające: równanie wzmocnienia napięcia dla tego typu wzmacniacza tranzystorowego jest zwykle pokazane w prostszej formie niż to, co podałem na końcu pytania. Napisz tę prostszą formę i wyjaśnij, dlaczego jest ona w przybliżeniu prawdziwa.


Uwagi:

W rozmowie z uczniami przeanalizuj odpowiedź tego obwodu wzmacniacza z jednym tranzystorem dla różnych napięć wejściowych. Innymi słowy, przeprowadź eksperyment myślowy, aby zapoznać go z zachowaniem konfiguracji wzmacniacza tranzystorowego. Narysuj napięcie wejściowe i wyjściowe, jeśli to konieczne, na wykresie. Omów, co oznacza pojęcie "odwracanie" w tym kontekście.

Pytanie 4

Zidentyfikuj typ wzmacniacza tranzystorowego (wspólny kolektor, wspólny nadajnik lub wspólna baza) i sprawdź, czy jest odwracany, czy nie .


Wyjaśnij także, jak wyprowadzić równanie wzmocnienia napięcia dla tego wzmacniacza:


A V = R E


R E + r ' e

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jest to wspólny obwód wzmacniacza kolektora, który nie odpycha. Oto schematyczna wskazówka wyjaśniająca, dlaczego formuła wzmocnienia napięcia jest taka jaka jest. Należy pamiętać, że tranzystor jest tutaj modelowany jako rezystor i kontrolowane źródło prądu:


Pytanie uzupełniające: równanie wzmocnienia napięcia dla tego typu wzmacniacza tranzystorowego jest zwykle pokazane w prostszej formie niż to, co podałem na końcu pytania. Napisz tę prostszą formę i wyjaśnij, dlaczego jest ona w przybliżeniu prawdziwa.


Uwagi:

W rozmowie z uczniami przeanalizuj odpowiedź tego obwodu wzmacniacza z jednym tranzystorem dla różnych napięć wejściowych. Innymi słowy, przeprowadź eksperyment myślowy, aby zapoznać go z zachowaniem konfiguracji wzmacniacza tranzystorowego. Narysuj napięcie wejściowe i wyjściowe, jeśli to konieczne, na wykresie. Omów, co oznacza termin "niezwracanie" w tym kontekście.

Pytanie 5

Zidentyfikuj typ wzmacniacza tranzystorowego (wspólny kolektor, wspólny nadajnik lub wspólna baza) i sprawdź, czy jest odwracany, czy nie .


Wyjaśnij także, jak wyprowadzić równanie wzmocnienia napięcia dla tego wzmacniacza:


A V = R C


r ' e

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jest to wspólny obwód wzmacniacza bazowego i nie jest odwracany. Oto schematyczna wskazówka wyjaśniająca, dlaczego formuła wzmocnienia napięcia jest taka jaka jest. Należy pamiętać, że tranzystor jest tutaj modelowany jako rezystor i kontrolowane źródło prądu:



Uwagi:

W rozmowie z uczniami przeanalizuj odpowiedź tego obwodu wzmacniacza z jednym tranzystorem dla różnych napięć wejściowych. Innymi słowy, przeprowadź eksperyment myślowy, aby zapoznać go z zachowaniem konfiguracji wzmacniacza tranzystorowego. Narysuj napięcie wejściowe i wyjściowe, jeśli to konieczne, na wykresie. Omów, co oznacza termin "niezwracanie" w tym kontekście.

Pytanie 6

Czy scharakteryzowałbyś ten wzmacniacz tranzystorowy jako odwracający lub nieodwracający, z końcówką tranzystora Q2 uważaną za wejście "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00884x01.png">

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

To wzmacniacz odwracający .


Uwagi:

Poproś uczniów, aby usunęli tranzystor Q1 (i jego rezystor kolektorowy) z obwodu i spróbuj odpowiedzieć na to pytanie. Powinno być łatwo określić, czy obwód odwraca się, czy nie odwraca w tej konfiguracji. Następnie poproś uczniów "wsuń" Q1 i jego rezystor kolektora z powrotem do obwodu i przeprowadź ponowną analizę. Czy obecność Q1 coś zmienia? Dlaczego lub dlaczego nie?

Pytanie 7

Czy scharakteryzowałbyś ten wzmacniacz tranzystorowy jako odwracający lub nieodwracający, z terminalem bazowym tranzystora Q1 uważanego za wejście? Wyjaśnij swoją odpowiedź.


Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

To nieodwracający wzmacniacz.

Pytanie uzupełniające: co dzieje się z przewodnictwem kolektora-emiter tranzystora Q2, ponieważ tranzystor Q1 przechodzi bardziej prąd ze względu na zwiększenie V sygnału "notatki ukryte"> Uwagi:

Analiza tego obwodu jest wspomagana przez zastosowanie do niego tranzystora "zmiennego rezystora". Zastąp zmienne rezystory dla tranzystorów Q1 i Q2, a następnie poproś uczniów, aby przeanalizowali to jako obwód dzielnika napięcia.

Kolejne pytanie jest ważne, ponieważ sugeruje, że tranzystor Q2 nie jest statyczną jednostką ze zmianami sygnału podstawowego Q1. To samo można powiedzieć o Q1, gdy zmiany nastąpią u podstawy Q2. Omów ten efekt ze swoimi uczniami, upewniając się, że rozumieją, dlaczego zmieniają się przewodnictwo obu tranzystorów przy zmianie tylko jednego napięcia podstawowego.

Pytanie 8

W tym przypadku obwód pary różnicowej jest zasilany napięciem wejściowym na podstawie Q 2, podczas gdy wyjście jest pobierane z kolektora Q 2 . Tymczasem inne wejście (baza Q 1 ) jest połączone z masą:


Określ, które typy obwodów wzmacniacza działają jako dwa tranzystory (wspólny kolektor, wspólny nadajnik, wspólna baza), gdy para różnicowa jest używana w ten sposób, i zapisz równanie opisujące wzrost napięcia w obwodzie. Oto inny schemat, pokazujący tranzystory modelowane jako kontrolowane źródła prądu, aby pomóc wam w równaniu:


Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Q 2 działa jako wspólny wzmacniacz emiterów, podczas gdy Q 1 tak naprawdę nie działa jako wzmacniacz (biorąc pod uwagę, że żadne wejście ani wyjście nie jest z nim połączone). Równanie wzmocnienia jest jako takie:


A V (inwert) = R C


r ' e + (r' e || R E )

Pytanie kontrolne nr 1: wyjaśnij, dlaczego należy uprościć równanie wzmocnienia:


A V (inwersja) R C


2r ' e

Pytanie kontrolne nr 2: wyjaśnij, dlaczego uproszczone równanie zysku jest czasami zapisywane z negatywnym znakiem:


A V (inwert) ≈ - R C


2r ' e


Uwagi:

Celem tego pytania jest umożliwienie studentom przeanalizowania rezystancji w obwodzie pary różnicowej w celu opracowania własnego równania wzmocnienia, w oparciu o zrozumienie, w jaki sposób uzyskuje się prostsze zyski obwodu wzmacniacza tranzystorowego. Ostatecznie to pytanie powinno prowadzić do kolejnego pytania do studentów o wyrażenie różnicowego wzmocnienia napięcia w obwodzie (superpozycja równań wzmocnienia dla każdego wejścia rozpatrywanego osobno).

Pytanie 9

W tym przypadku obwód pary różnicowej jest zasilany napięciem wejściowym u podstawy Q 1, podczas gdy wyjście jest pobierane z kolektora Q 2 . W międzyczasie inne wejście (baza Q 2 ) jest połączone z masą:


Określ, które typy obwodów wzmacniacza działają jako dwa tranzystory (wspólny kolektor, wspólny nadajnik, wspólna baza), gdy para różnicowa jest używana w ten sposób, i wpisz równanie opisujące wzrost napięcia w obwodzie. Oto inny schemat, pokazujący tranzystory modelowane jako kontrolowane źródła prądu, aby pomóc wam w równaniu:


Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Q 1 działa jako wspólny wzmacniacz kolektora, podczas gdy Q 2 działa jako wzmacniacz o wspólnej bazie. Równanie wzmocnienia jest jako takie:


A V (noninvert) =   R C


r ' e + (r' e || R E )

    r ' e || R E


r ' e

 

Pytanie uzupełniające: wyjaśnij, dlaczego należy uprościć równanie wzmocnienia:


A V (bez odwrócenia) R C


2r ' e


Uwagi:

Celem tego pytania jest umożliwienie studentom przeanalizowania rezystancji w obwodzie pary różnicowej w celu opracowania własnego równania wzmocnienia, w oparciu o zrozumienie, w jaki sposób uzyskuje się prostsze zyski obwodu wzmacniacza tranzystorowego. Ostatecznie to pytanie powinno prowadzić do kolejnego pytania do studentów o wyrażenie różnicowego wzmocnienia napięcia w obwodzie (superpozycja równań wzmocnienia dla każdego wejścia rozpatrywanego osobno).

Wprawdzie niewspomagane równanie przedstawione w odpowiedzi jest zniechęcające, a uczniowie mogą się zastanawiać, skąd je wziąłem. Możesz pomóc im zrozumieć, że podstawowe równanie wzmocnienia wzmacniacza BJT opiera się na założeniu, że I C ≈ I E, że dowolny prąd przez terminal nadajnika będzie "powtarzany" na terminalu kolektora, aby przepływał przez rezystor kolektora. Tak więc wzmocnienie napięciowe jest jedynie współczynnikiem rezystancji, biorąc pod uwagę, że prąd emitera i prąd kolektora są takie same:


V out (AC) = I C R C i V w (AC) = I E R E (ogółem)


. . . więc . . .


A V = V out (AC)


V in (AC)

= I C R C


I E R E (ogółem)

= I C R C


I C R E (ogółem)

= R C


R E (ogółem)

Zatem wyprowadzenie równania wzmocnienia dla wzmacniacza BJT jest zwykle tak proste, jak ustalenie, na jaki opór przepływa prąd kolektora i dzielenie go przez wielkość oporu, przez który musi przepływać prąd bazowy. W wzmacniaczu z podstawową podstawą ten stosunek jest po prostu ((R C ) / (r ' e )).

Jednak w tym obwodzie sygnał wejściowy musi przebić się przez r ' e Q 1, zanim dotrze do Q 2, aby zostać wzmocniony, dlatego równanie wzmocnienia napięcia jest o wiele bardziej skomplikowane. Po przejściu przez rezystancję dynamiczną Q1, dzieli ona rezystancję dynamiczną Q 2 od rezystancji RE "ogona". Termin r ' e + (r' e || R E ) to wielkość oporu, przez który przechodzi sygnał wejściowy AC, a frakcja ((r ' e || R E ) / (r' e )) definiuje podział prądu (najwięcej do emitera Q 2, mała ilość do R E ).

Pytanie 10

Napisz przybliżone równanie opisujące różnicowe wzmocnienie napięcia dla obwodu pary różnicowej, takie jak to, pod względem wartości składowych:


Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź


A V (diff) = R C


2r ' e

Pytanie uzupełniające: jakie wartości należy zmienić, aby zmaksymalizować różnicowe wzmocnienie napięcia w obwodzie pary różnicowej i dlaczego "uwagi ukryte"> Uwagi:

Celem tego pytania jest umożliwienie uczniom zastosowania twierdzenia o superpozycji do połączenia dwóch równań wzmocnienia napięcia w jedno równanie różnicowego napięcia.

Pytanie 11

Opisz, co dzieje się z każdym napięciem wyjściowym (V out1 i V out2 ), gdy maleje napięcie wejściowe (V in ):


Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V1 zmniejsza się (staje się bardziej ujemny), a V- 2 wzrasta (staje się bardziej dodatni).


Uwagi:

Dzięki 4 zaciskom do podłączenia do świata zewnętrznego, obwód ten jest wzmacniaczem różnicowo-wejściowym, różnicowo-wyjściowym .

Pytanie 12

Załóżmy, że ten obwód pary różnicowej był idealnie zrównoważony. W tym stanie, ile napięcia można się spodziewać między dwoma zaciskami kolektorów tranzystorów "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00887x01.png">

Co stałoby się z tym napięciem różnicowym (V diff ), gdyby tranzystor Q2 miał wzrastać, podczas gdy tranzystor Q1 pozostawał w tej samej temperaturze? Wyjaśnij swoją odpowiedź.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

W stanie zrównoważonym V diff = 0 woltów. Jeśli Q2 się nagrzeje, a Q1 nie, napięcie różnicowe będzie się rozwijać pomiędzy dwoma zaciskami kolektora, przy czym kolektor Q1 będzie dodatni, a kolektor Q2 ujemny:


Pytanie uzupełniające: co oznacza to zjawisko w odniesieniu do stabilności obwodów tranzystorowych pary różniczkowej w różnych warunkach działania "uwagi ukryte"> Uwagi:

Zasadniczo kwestią w tym pytaniu jest to, co dzieje się z tranzystorem, gdy się nagrzewa, ale parametry zasilania elektrycznego (moc i sygnał wejściowy) nie zmieniają się. Poproś uczniów o powiązanie tego zjawiska z zachowaniem innych urządzeń łączących PN, takich jak diody.

Pytanie 13

Ten obwód jest częścią stacji monitorującej pogodę. Prędkość wiatru mierzona jest przez napięcie wyjściowe generatora prądu stałego z magnesami stałymi, obróconego przez zestaw łopatek. Żarówka świeci się, gdy prędkość wiatru przekroczy wartość progową ("wyłączenie") ustaloną za pomocą potencjometru:


W oparciu o twoje rozumienie obwodów z parami różnicowymi, jest to obwód wskazujący szybki wiatr lub obwód wskazujący o małej prędkości "# 13"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Żarówka ładuje się, gdy prędkość wiatru spada poniżej wartości progowej.


Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili swoje uzasadnienie w uzyskaniu odpowiedzi. Co dzieje się w tym obwodzie, gdy napięcie generatora wzrasta, a gdy maleje? W jaki sposób dopasowujemy potencjometr, aby zwiększyć punkt wyzwolenia? Skąd to wiemy?

Niech twoi uczniowie wiedzą, że ten obwód jest prostym przykładem tego, co nazywa się komparatorem : obwodem, który porównuje dwa napięcia ze sobą i generuje sygnał wyjściowy odpowiadający któremu napięcie jest większe.

Pytanie 14

Co to jest napięcie w trybie wspólnym i jak powinien na niego reagować wzmacniacz różnicowy (idealnie)?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

"Napięcie w trybie wspólnym" to wielkość napięcia wspólnego dla obu wejść wzmacniacza różnicowego. Idealnie, wzmacniacz różnicowy powinien odrzucić to napięcie w trybie wspólnym, tylko wzmacniając różnicę między dwoma wejściowymi napięciami.

Pytanie uzupełniające: co oznacza wyrażenie współczynnik odrzucenia (CMRR) dla wzmacniacza różnicowego?


Uwagi:

Poproś uczniów, aby przedstawili przykłady napięcia wspólnego dla wzmacniacza różnicowego. Na przykład x ilość napięcia na jednym wejściu i y wartość napięcia na drugim stanowi sumę napięcia wspólnego. . .

Pytanie 15

Jeśli połączymy dwie bazy tranzystorowe razem w obwodzie pary różnicowej, może on zobaczyć tylko napięcie wejściowe wspólnego trybu (bez różnicowego napięcia wejściowego):


Ważnym parametrem wydajności każdego wzmacniacza różnicowego jest jego wzmocnienie napięcia w trybie zwykłym. W idealnej sytuacji wzmacniacz różnicowy powinien ignorować wszelkie napięcie wspólne, ale w rzeczywistości zawsze występuje pewne wzmocnienie napięcia wspólnego. Musimy dowiedzieć się, ile tego będzie w obwodzie różnicy par.

Aby pomóc nam w analizie tego obwodu (z obydwoma połączonymi ze sobą wejściami, tak że widzi tylko napięcie wejściowe w trybie wspólnym), będę je ponownie rysował w taki sposób, aby odzwierciedlał symetryczny charakter obwodu:


Najpierw wyjaśnij, dlaczego ponowne rysowanie jest uzasadnione, a następnie napisz równanie opisujące wzmocnienie napięcia w trybie wspólnym tego obwodu, w kategoriach wartości składowych.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli tranzystory są identyczne i odbierają ten sam sygnał wejściowy na swoich terminalach bazowych, przepuszczają taką samą ilość prądu z kolektora do nadajnika. Oznacza to, że prąd rezystora "ogona" (I R E ) jest równomiernie rozdzielony między dwa tranzystory. Przy równomiernym przepływie prądu, jeden rezystor będzie działał tak samo jak dwa rezystory o podwójnej wartości, z których każda ma tylko prąd jednego tranzystora.

Ponownie narysowane w ten sposób, powinno być jasne, że para różnicowa działa jak zalewany wzmacniacz wspólnego emitera, ze wzmocnieniem napięcia w trybie wspólnym opisanym przez następujące równanie:


A V (CM) = R C


r ' e + 2R E

Pytanie uzupełniające: jakie wartości należy zmienić, aby zminimalizować wzrost napięcia w trybie wspólnym w obwodzie pary różnicowej i dlaczego "uwagi ukryte"> Uwagi:

Celem tego pytania jest sprawdzenie, jakie czynniki w obwodzie pary różnicowej wpływają na wzmocnienie napięcia w trybie zwykłym, a następnie, aby zdać sobie sprawę, że wartość rezystora końcowego ma wielki wpływ na wzmocnienie w trybie wspólnym, a jednocześnie ma nieznaczny wpływ na wzmocnienie różnicowe.

Pytanie 16

Ulepszenie konstrukcji wzmacniacza różnicowego opartego na rezystorze polega na dodaniu źródła prądu stałego, w którym prądy emitujące dwa tranzystory łączą się ze sobą:


Jak wygląda "źródło prądu stałego" do reszty wzmacniacza, pod względem równoważnej rezystancji "# 16"> Reveal answer Ukryj odpowiedź

Źródło prądu stałego będzie "wyglądało jak" bardzo dużą odporność na resztę obwodu. Daje to wzmacniaczowi większy współczynnik tłumienia współbieżnego (CMRR). Zazwyczaj źródło prądu jest konstruowane przy użyciu obwodu z prądem lustrzanym .


Uwagi:

Poproś uczniów o zdefiniowanie CMRR i wyjaśnienie jej znaczenia w obwodzie wzmacniacza różnicowego. Przeanalizuj wpływ napięcia wejściowego w trybie wspólnym na prosty obwód wzmacniacza różnicowego oparty na rezystorze, a następnie porównaj go z obwodem mającym źródło prądu stałego. W jaki sposób obecne źródło pracuje nad poprawą CMRR (zmniejszanie wspólnego zysku)?

Poproś uczniów, aby sporządzili aktualne lustro dla tego obwodu wzmacniacza różnicowego i wyjaśnili, jak to działa.

Spodziewam się, że twoi studenci widzieli (lub potrafią zbadać) przybliżenie CMRR dla obwodu pary różnicowej (CMRR ≈ ((R E ) / (r ' e ))), i od tego można wywnioskować, jak ważne jest użycie źródła prądu w ogonie obwodu zamiast pasywnego rezystora.

Pytanie 17

Współczynnik tłumienia w trybie wspólnym to stosunek różnicowego wzmocnienia napięcia wzmacniacza różnicowego i jego wzmocnienia napięcia w trybie wspólnym:


CMRR = A V (diff)


A V (CM)

Im większa wartość tego parametru, tym lepiej wzmacniacz różnicowy będzie działał jako prawdziwie różnicowy wzmacniacz. Połączyć równania dla różnicowego wzmocnienia napięciowego i dla wspólnego wzmocnienia napięcia dla następującego obwodu wzmacniacza różnicowego w jedno równanie dla CMRR:


Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź


CMRR ≈ R E


r ' e

Pytanie uzupełniające: jakie wartości należy zmienić, aby zmaksymalizować CMRR w obwodzie pary różnicowej i dlaczego "uwagi ukryte"> Uwagi:

Możesz dodać, że CMRR jest zwykle wyrażany w decybelach, obliczanych w ten sam sposób, w jaki oblicza się decybele dla dowolnego innego stosunku napięć.

Pytanie 18

Wzmacniacze różnicowe często wykorzystują aktywne obciążenia : obwód lustra prądowego do ustalania prądów kolektora między dwoma tranzystorami, a nie rezystorów obciążenia.


Jak wygląda "lustro bieżące" do strony wspólnej nadajnika obwodu wzmacniacza różnicowego, gdy zastosujemy twierdzenie superpozycji "# 18"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dodanie obecnego lustra znacznie zwiększa efektywny opór na końcówce kolektorowej strony wspólnej emiterów, a więc znacznie zwiększa wzmocnienie napięcia różnicowego wzmacniacza.


Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, dlaczego wzrasta napięcie różnicowe. Jedna wskazówka to wewnętrzna (Norton) oporność idealnego źródła prądu: nieskończone omy! Zapytaj uczniów, w jaki sposób ten równoważny opór porównuje się z (skończonymi) wartościami rezystorów zastąpionych przez bieżące lustro i jaki wpływ ta zmiana ma na przyrost napięcia.

Pytanie 19

Przewidzieć, w jaki sposób działanie obwodu różnicowego zostanie zakłócone w wyniku następujących błędów. Rozważ każdą awarię niezależnie (tj. Pojedynczo, bez wielu błędów):


Rezystor R1 nie działa poprawnie:
Rezystor R2 nie działa poprawnie:
Rezystor R 3 nie działa poprawnie:
Mostek lutowniczy (krótki) na rezystorze R 3 :

W przypadku każdego z tych warunków należy wyjaśnić, dlaczego wystąpią takie skutki.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Rezystor R 1 nie działa otwarty: więcej prądu zostanie pobrane z V 1 ; jeśli V 1 opadnie w wyniku, V- out zmniejszy się.
Rezystor R2 nie działa poprawnie: V out przyjmuje poziom napięcia w przybliżeniu równy V 2 - 0, 7 V.
Rezystor R 3 nie otwiera się: V- out nasyca się do + V (dodatnia szyna zasilająca).
Mostek lutowniczy (krótki) na rezystorze R 3 : V na zewnątrz nasyca się do kilku dziesiątych części wolta od -V (ujemna szyna zasilająca).

Uwagi:

Celem tego pytania jest podejść do dziedziny rozwiązywania problemów z obwodami z perspektywy wiedzy o tym, czym jest usterka, a nie tylko wiedzieć, jakie są objawy. Chociaż nie jest to koniecznie realistyczna perspektywa, pomaga uczniom zbudować podstawową wiedzę niezbędną do zdiagnozowania błędnego obwodu z danych empirycznych. Na takie pytania należy odpowiedzieć (ewentualnie) innymi pytaniami, w których prosi się uczniów o zidentyfikowanie prawdopodobnych usterek na podstawie pomiarów.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →