Дифференциальный каскад как источник тока, управляемый входным напряжением. Несимметричный и симметричный входные сигналы
Далее везде (если другое не указано) при любых значениях входных сигналов и
и при
сумма токов
и
равна режимному току,
, т.е.
, (3.99а)
В этом случае для переменных составляющих этих токов всегда
. (3.99b)
(1) Пусть на дифференциальные входы дифкаскада подается несимметричный входной переменный сигнал :
и
. (3.100)
Имеем: (3.101а)
Ток притекает к выходному узлу
из источника напряжения
.
Через транзистор в источник режимного тока и далее в источник напряжения
утекает ток
. (3.101b)
Отметим, что в выражениях (3.101а) и (3.101b) потенциал является функцией
(см. ниже), и именно этот эффект является причиной того, что ток
уменьшился в точности на такую же величину, на которую увеличился ток
, несмотря на отсутствие в (3.101b) сигнала
.
Поскольку токи и
не равны, то единственным путем тока, равного разности
и
, является путь в нагрузку. Поскольку выходное сопротивление
дифкаскада высокое, определяемое сопротивлениями исток-сток в пологой области, то единственно приемлемым типом нагрузки является емкость, например, затвор другого КМДП усилительного каскада, поскольку резистор в нагрузке уменьшит значение
. Таким образом, в нагрузку течет дифференциальный ток
, равный разности токов
и
:
(3.102)
Если (условие малого входного сигнала), то
(3.103)
Результат (3.103) позволяет в качестве малосигнальной эквивалентной схемы дифкаскада использовать эквивалентную схему простейшего усилителя на рис. 3.7b.
Малосигнальный низкочастотный коэффициент усиления дифкаскада для несимметричного входного сигнала:
(3.104)
В выражении (3.104) (3.105)
– выходное сопротивление дифкаскада.
Дифкаскад является однокаскадным усилителем, поскольку в нагрузку течет переменный ток, образованный непосредственно во входных транзисторах.
Поскольку выходные сопротивления в узлах А и В низкие, а паразитные емкости в них также невелики (как правило, много меньшие типичной емкости в выходном узле), то задержка фазы сигнала, обязанная постоянным времени перезарядки паразитных емкостей в узлах А и В через их выходные сопротивления
и
, пренебрежимо малы по сравнению с задержкой фазы, обязанной параметрам выходного узла. В связи с этим малосигнальная АЧХ дифкаскада при
в минимальной степени отличается от однополюсной АЧХ простейшего дифкаскада (см. выражение (3.14)), и выражение для
можно считать аналогичным выражению (3.23):
(3.106)
Очевидно, что увеличение абсолютной величины ведет ко все большему различию абсолютных величин
и
. Рассмотрим поведение дифкаскада при возрастании
.
Подставляя (3.101а) и (3.101b) в (3.99а), нетрудно получить:
(3.107а)
Пользуясь равенством при условии
(3.107b)
выражение (3.107а) переписываем в виде:
(3.107с)
или (3.107d)
Из (3.107) можно сделать следующие выводы.
(*) Если (3.108а)
то в обоих транзисторах М1 и М2 токи и
однозначно зависят от входного сигнала. Этот режим работы дифкаскада является активным,и емкость
перезаряжается разностью токов
и
согласно выражению (3.102).
(**)В граничном состоянии имеем . Согласно (3.107d), потенциал
увеличился на
по сравнению с режимом покоя, когда
(как упоминалось выше, при несимметричном входном сигнале именно эффект увеличения
является причиной уменьшения тока
при увеличении тока
). В результате
, и весь режимный ток
течет только через транзисторы
и
, «отражается» в
, и емкость нагрузки заряжается в направлении положительного напряжения питания
постоянным током
. При этом потенциал
увеличился на
.
(***)Если (3.108b)
то дифкаскад полностью работает вне активного режима, , емкость нагрузки заряжается в направлении положительного напряжения питания
нерегулируемым постоянным током
, а потенциал
«следит» за потенциалом
, как в истоковом повторителе на транзисторе
, начиная с величины
относительно величины режима покоя, когда
.
(2)Пусть на входы дифкаскада подается симметричный сигнал:
;
. (3.109)
(3.110)
Из (3.110)следует, что при симметричном сигнале на входе дифкаскада на базе транзисторов с квадратичными характеристиками система остается линейной не только для малых сигналов, для которых необходимо . Достаточно, чтобы выполнялось условие
, т.е. условие работы дифкаскада лишь в активном режиме.
Проанализируем поведение дифкаскада при увеличении .
Подставляя (3.109) в выражения для М1 и М2, а последние – в (3.99а), получаем:
(3.111а)
или (3.111b)
(****) При (3.112а)
дифкаскад работает в активном режиме. При этом в 2 раза меньшее изменение потенциала в сравнении с режимом несимметричного входного сигнала, снижает вклад узла В в паразитное отставание фазы сигнала, проходящего через дифкаскад.
(*****) Режим большого сигнала наступает при . (3.112b)
При этом потенциал «следит» за потенциалом
, как в истоковом повторителе на транзисторе
, начиная с величины
относительно величины режима покоя, когда
.
Дата добавления: 2022-02-05; просмотров: 426;