1

Chapter 10 Differential Amplifiers

10.1 General Considerations

10.2 Bipolar Differential Pair

10.3 MOS Differential Pair

10.4 Cascode Differential Amplifiers

10.5 Common-Mode Rejection

10.6 Differential Pair with Active Load

CH 10 Differential Amplifiers 2

مدار عملی تقويت کننده صوتی

در مدار باال برق شهر يکسو می شود و پس از توليد منبع ولتاژ ثابتVcc ،.ترانزيستور می تواند سيگنال ايجاد شده توسط ميکروفن را تقويت کند

CH 10 Differential Amplifiers 3

“Humming Noise” نويز هوم

با توجه به اينکه منبع تغذيهVcc اين ريپل به . ايده آل نيست و دارای ريپل می باشد.خروجی تقويت کننده نشت می کند و سبب ايجاد صدايی شبيه به هوم می شود

CH 10 Differential Amplifiers 4

حل مشکل مطرح شده در اساليد قبل

invYX

rY

rinvX

vAvvvv

vvAv

ع تغذيه اگر سيگنال خروجی را به صورت تفاضلی دريافت کنيم در آن صورت ريپل منب.در شکل موج خروجی ظاهر نمی شود

CH 10 Differential Amplifiers 5

ادامه اساليد قبل

ننده طبقه با توجه به اين که شکل موج خروجی به صورت تفاضلی است بايستی تقويت ک.بعد بتواند سيگنال تفاضلی را به عنوان ورودی دريافت کند

CH 10 Differential Amplifiers 6

اعمال سيگنال های هم فاز به ورودی تقويت کننده تفاضلی

،در آن اگر سيگنال ورودی را به صورت هم فاز به ورودی تقويت کننده تفاضلی بدهيم.صورت شکل موج خروجی برابر با صفر خواهد بود

0

YX

rinvY

rinvX

vvvvAvvvAv

CH 10 Differential Amplifiers 7

اعمال سيگنال های غير هم فاز به ورودی تقويت کننده تفاضلی

دهيم، در اگر سيگنال ورودی را به صورت غير هم فاز به ورودی تقويت کننده تفاضلی ب.آن صورت شکل موج خروجی افزايش می يابد

invYX

rinvY

rinvX

vAvvvvAv

vvAv

2

CH 10 Differential Amplifiers 8

نحوه توليد سيگنال های غير هم فاز

درجه توليد 180 با استفاده از ترانس سه سر می توان سيگنال های با اختالف فاز.کردقدار مقدار متوسط سيگنال های خروجی را می تواند با استفاده از سر وسط ترانس به م

.دلخواه رساند

CH 10 Differential Amplifiers 9

(differential)، سيگنال های تفاضلی )single-ended(سر -سيگنال های تک

CH 10 Differential Amplifiers 10

مدار زوج تفاضلی

ند آن به مدار باال، مدار زوج تفاضلی می گويند که در ادامه به بررسی ويژگی های سودم.می پردازيم

CH 10 Differential Amplifiers 11

پاسخ زوج تفاضلی به سيگنال ورودی مشترک(Common-Mode Response)

2

221

21

EECCCYX

EECC

BEBE

IRVVV

III

VV

CH 10 Differential Amplifiers 12

حذف اثر ولتاژ حالت مشترک در خروجی

ر ولتاژبدر مدار قبل مشاهده می شود که تغييرات ولتاژ حالت مشترک ورودی اثری . حالت مشرک خروجی ندارد

در روابط باال کران باالی ولتاژCMV مشخص شده است به قسمی که ترانزيستورها در.ناحيه فعال کار کنند

VBC

CH 10 Differential Amplifiers 13

پاسخ تفاضلی

CCY

EECCCX

C

EEC

VVIRVV

III

021

CH 10 Differential Amplifiers 14

ادامه اساليد قبل

CCX

EECCCY

C

EEC

VVIRVV

III

012

CH 10 Differential Amplifiers 15

مشخصه جريان و ولتاژ در زوج تفاضلی

جريان اگر سيگنال تفاضلی به ورودی مدار اعمال شود سبب ايجاد تغييراتی در ولتاژ وخروجی می شود اين درحالی است که اعمال ولتاژ حالت مشترک در ورودی مدار موجب

.ايجاد تغييرات در ولتاژ و جريان خروجی نمی شود

CH 10 Differential Amplifiers 16

تحليل سيگنال بزرگ

T

inin

EEC

T

inin

T

ininEE

C

VVV

II

VVV

VVVI

I

212

21

21

1

exp1

exp1

exp

CH 10 Differential Amplifiers 17

خروجی زوج تفاضلی-مشخصه ورودی

T

ininEEC

outout

VVVIR

VV

2tanh 21

21

CH 10 Differential Amplifiers 18

غير خطی-نواحی خطی

در ستون سمت راست عملکرد خطی و در ستون سمت چپ عملکرد غيرخطی مدار.نشان داده شده است

CH 10 Differential Amplifiers 19

مدل سيگنال کوچک

در تحليل سيگنال کوچک، با فرض Vin1=Vi/2, Vin2=-Vi/2 به راحتی اثبات ،

Vp=0: می شود، زمين Pاصطالحا در تحليل تفاضلی به گره

.مجازی می گويند

CH 10 Differential Amplifiers 20

نيم مدار تفاضلی

به دليل اينکه در تحليل سيگنال کوچک در گرهP زمين مجازی داريم، عمال زوجمشترک مدار تبديل می شود که هريک از آنها يک تقويت کننده اميتر-تفاضلی به دونيم

.است

Cminin

outout Rgvvvv

21

21

CH 10 Differential Amplifiers 21

مثالی ديگر از نحوه محاسبه بهره تفاضلی

Ominin

outout rgvvvv

21

21

CH 10 Differential Amplifiers 22

مثال

1311 |||| RrrgA OOmv

CH 10 Differential Amplifiers 23

مثال

1311 |||| RrrgA OOmv

CH 10 Differential Amplifiers 24

مثال

mE

Cv

gR

RA 1

Assume: ro=∞

CH 10 Differential Amplifiers 25

مثال

m

E

Cv

gR

RA1

2

Assume: ro=∞