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: 369;