Устройство дифференциального автомата: виды выключателей нагрузки и для чего нужен ДИФ типа А? Назначение, номиналы и характеристики устройства

Дифференциал — это механическое устройство, состоящее из нескольких передач. Он используется практически во всех механизированных четырехколесных транспортных средствах. Он используется для передачи мощности от карданного вала на ведущие колеса. Его основная функция заключается в том, чтобы приводные колеса вращались с разными оборотами, позволяя колесам вращаться по углам, в то же время получая мощность от двигателя. ^[1]

• Открытый дифференциал (OD) является наиболее распространенным типом.Это также наименее дорогой. Открытый дифференциал позволяет автомобилю объезжать повороты, не перетаскивая наружное колесо. Однако мощность передается на колесо с наименьшим сцеплением (сцепление с дорогой). Если это колесо находится на льду или других скользких поверхностях, автомобиль не будет двигаться вперед, а колесо с мощностью будет просто вращаться. В автомобилях с полным приводом, если они имеют открытый дифференциал, у них есть только одно ведущее колесо. В полноприводных автомобилях, использующих открытые дифференциалы (обычно стандартные с завода), только одно колесо на каждую ось приводит в движение автомобиль.Преимущества включают в себя редко ломающуюся ось, меньший износ шин, и они бесплатны, поскольку большинство новых автомобилей поставляются с открытыми дифференциалами. ^[2]
• Дифференциал (LSD) с ограниченным скольжением преодолевает эту проблему. Используя серию сцеплений (так называемый пакет сцепления), LSD позволяет ограничить проскальзывание колес, поддерживая мощность на обоих ведущих колесах. ^[3] LSD популярны в гоночных автомобилях, так как часто бывают моменты, когда они выходят из поворотов и нуждаются в ускорении без потери мощности на одно ведущее колесо. ^[3]
• Блокирующий дифференциал (шкафчик) способен заблокировать двух ведущих колес на оси вместе. Преимущество заключается в том, что оба колеса имеют мощность постоянно. Недостатком является то, что поворот намного сложнее, поскольку оба колеса должны вращаться с одинаковыми оборотами. Поэтому при выполнении крутых поворотов большинство шкафчиков должно быть отключено. Шкафчики могут также представить водителю некоторые опасные ситуации. Например, при прохождении по склону (при движении по перекрестку), если одно ведущее колесо теряет сцепление с дорогой, оно теряет сцепление и транспортное средство может скользить в сторону вниз по склону.Водителей часто предупреждают о том, что они не должны пересекать склон, если поверхность свободная или скользкая. ^[4] Шкафчики могут включаться или выключаться механически, электронным способом (электронный замок) или с помощью сжатого воздуха (воздушный шкафчик). Запирающиеся шкафчики желательны на внедорожниках, но обычно бесполезны на улицах и шоссе.
• Золотник — это открытый дифференциал, в котором оси механически скреплены между собой. ^[2] Это не позволяет колесу двигаться быстрее или медленнее за поворотами.Это дешево и добавляет мало или не добавляет веса к транспортному средству, но обычно ограничено соревнованиями по бездорожью и дорожному вождению. ^[2] Они не желательны для езды по улице, так как они будут «чирикать» шины при прохождении поворотов. ^[2]

Torsen — тот же конечный эффект, что и ограниченное скольжение, но он не использует сцепления или не решается сделать это

Дифференциальные усилители [Analog Devices Wiki]

Дифференциальный усилитель, вероятно, является наиболее широко используемым структурным блоком в аналоговых интегральных схемах, в основном операционные усилители. У нас был краткий взгляд на спину в разделе 3.4.3 главы 3, когда мы обсуждали входной ток смещения. Дифференциальный усилитель может быть реализован с помощью BJT или MOSFET. Дифференциальный усилитель умножает разность напряжений между двумя входами (Vin + — Vin-) на некоторый постоянный коэффициент Ad, дифференциальное усиление.Он может иметь один выход или пару выходов, где интересующим сигналом является разность напряжений между двумя выходами. Дифференциальный усилитель также имеет тенденцию отклонять ту часть входных сигналов, которая является общей для обоих входов (Vin + + Vin -) / 2. Это называется синфазным сигналом.

12.1 Начиная с основ

Часто проще всего начать заново с самого простого одиночного транзистора и построить работоспособный дифференциальный усилитель в качестве логической последовательности оттуда.Рассмотрим схему транзисторного усилителя с одним транзистором, рисунок 12.1.1, который аналогичен тому, что мы исследовали в разделе об вырожденном общем эмиттере в главе 9. Этот усилитель может фактически рассматриваться как инвертирующий усилитель с общим эмиттером при питании от В _neg и с V _pos считается заземлением переменного тока. Или в качестве неинвертирующего общего базового усилителя при возбуждении от В до _поз. и от В до _от.

Рисунок 12.1.1 Разностный усилитель с переменным напряжением

Давайте предположим, что мы делаем конденсаторы связи C ₁ и C ₂ достаточно большими, чтобы мы могли рассматривать их как шорты переменного тока для интересующих частот сигнала. Малое усиление напряжения сигнала от В _до до В из _из составляет:

Аналогично, малое усиление напряжения сигнала от В _до до В _из составляет:

Транзистор усиливает малое напряжение сигнала на его В _до , которое в этом случае составляет В _полож. — В _{с отрицательным напряжением} .Если мы применяем равную амплитуду, в фазовых сигналах к В _полож. и В _отриц. , так что В _полож. — В _отриц. = 0, тогда не будет никакого изменяющегося сигнала на V _будет , а выходной сигнал при В _из будет нулевым. С другой стороны, если мы применяем сигналы одинаковой амплитуды, которые не совпадают по фазе друг с другом на 180 °, то В _полож. — В _отриц. = удвоенная амплитуда входов.Это разностное напряжение будет появляться на В _как и усиливаться на г _м * R _L при В _из .

Инвертирующий или отрицательный входной вывод нашего простого разностного усилителя имеет относительно высокий входной импеданс каскада общего эмиттера, в то время как неинвертирующий или положительный входной вывод усилителя имеет относительно низкий входной импеданс общей базовой ступени. Важность этого наблюдения и то, как его можно эффективно использовать, станет очевидным в следующей главе (13) об усилителях с трансимпедансом.

Было бы выгодно, если бы у нашего дифференциального усилителя было больше симметричных входов, где входное сопротивление как для положительного, так и для отрицательного входов было максимально высоким, в идеале бесконечным. Дополнительный шаг, чтобы привести нас в этом направлении, показан на рисунке 12.1.2. Если теперь мы включим каскад эмиттера Q ₂, чтобы буферизовать относительно низкий импеданс общей цепи усилителя базы положительного входа, мы получим более симметричную пару входов.

Рисунок 12Добавлен разностный усилитель 1.2 с эмиттером.

Поскольку мы все еще соединяем наши входные сигналы переменного тока, второй набор резисторов смещения, R _B3 и R _B4 , необходим для обеспечения смещения постоянного тока для нового повторителя эмиттера. Если вместо этого мы соединяем постоянные симметричные входы постоянного тока, резисторы смещения становятся ненужными, и наш разностный усилитель теперь выглядит как классическая дифференциальная пара, которую мы обсудим в следующем разделе.

12.2 Длиннохвостая пара

Рисунок 122.1: длиннохвостая пара с нагрузками резистора

Усилитель классической дифференциальной пары состоит из по меньшей мере двух идентичных транзисторов, сконфигурированных с эмиттерами для транзисторов BJT или источниками для полевых транзисторов, соединенных вместе. Пара длиннохвостых (LTP) или пара, связанная с эмиттером (связанная с источником), представляет собой пару транзисторов, где общий эмиттер или узел источника питаются от более или менее постоянного источника / приемника тока, который может быть простым Резистор сравнительно большого значения подключен к отрицательному источнику питания, такому как R _{, хвостовая часть} на рисунке 12.2.1, (или положительный источник питания для устройств p-типа), который развивает большое падение напряжения относительно амплитуды входного сигнала, таким образом, «длинный хвост». Учитывая более или менее постоянный ток, подаваемый на эмиттеры или источники, сумма двух токов коллектора или стока также более или менее постоянна с сигналом.

Два входа на основаниях или затворах могут питаться дифференциальным или сбалансированным входным сигналом, а два выхода от коллекторов или стоков остаются сбалансированными, или один вход может быть заземлен для преобразования одностороннего входного сигнала в дифференциальный выход.

Чем выше сопротивление источника тока R _{на хвосте} , тем ниже усиление синфазного сигнала или A _c и тем лучше коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR). В более сложных конструкциях активный источник постоянного тока может быть заменен на хвостовик с высоким сопротивлением R _{. С двумя входами и двумя выходами это формирует каскад дифференциального усилителя. Две базы или вентили являются входами, которые дифференциально усиливаются парой.}

Хотя эта схема рассчитана на два входа и два выхода, нет необходимости использовать оба входа и оба выхода.(Помните, что дифференциальный усилитель был определен как имеющий два возможных входа и два возможных выхода.) Дифференциальный усилитель может быть подключен как устройство с одним входом и одним выходом; устройство с одним входом и дифференциальным выходом; или дифференциально-входное, дифференциально-выходное устройство. Выход может быть односторонним (взятым только из одного из коллекторов или стоков) или дифференциальным в зависимости от потребностей последующей схемы.

В длиннохвостой паре, построенной с использованием BJT, излучатели соединяются вместе, а затем через источник тока к земле или к отрицательному источнику питания (для LTP с использованием NPN-транзисторов).В этой форме один из транзисторов можно рассматривать как усилитель, работающий в общей конфигурации эмиттера, а другой — как повторитель эмиттера, подающий другой входной сигнал в эмиттер первой ступени, как мы обсуждали в предыдущем разделе. Поскольку транзистор будет усиливать ток, протекающий между базой и эмиттером, из этого следует, что ток, протекающий в цепи коллектора первого транзистора, пропорционален разности между двумя входами. Однако, поскольку схема является полностью симметричной, любой элемент можно рассматривать как усилитель или как последователь, понимая, как функции схемы не зависят от того, какую роль вы назначаете какому устройству.

Условие смещения предполагает равные напряжения при В _полож. и В _{от. Я , С2 . При R C1 = R C2 равные напряжения развиваются при В от + и В от -.}

Используя МОП-транзисторы, мы можем построить дифференциальную пару с источником, которая является аналогом дифференциальной пары с эмиттерной связью, используя BJT.Основным преимуществом использования MOSFET для дифференциальной пары по сравнению с BJT является почти бесконечный входной импеданс, а недостатком, как правило, является более низкий дифференциальный коэффициент усиления.

Предполагая, что два MOSFET одинаковы. Анализ дифференциально-связанной пары с источником происходит так же, как и дифференциально-связанной пары с эмиттером как для синфазного сигнала, так и для дифференциального входного сигнала. Передаточные характеристики для тока стока I _d1 и I _d2 показаны на рисунке.

12,3 Дифференциальное усиление

Мы можем рассчитать усиление дифференциального напряжения следующим образом. Рассмотрим Q ₁ и Q ₂ как источники тока, управляемые их базовыми напряжениями. R _C1 и R _C2 затем преобразуют токи обратно в напряжения. Во-первых, малый ток коллектора сигнала

Где коэффициент проводимости г _м (ампер / вольт) устанавливается током коллектора постоянного тока

при комнатной температуре.

Затем R _C преобразует I _c обратно в напряжение.

Включив на снимок вход В _diff = В _pos — V _neg , обратите внимание, что он делится поровну между двумя переходами база-эмиттер, но с противоположными полярностями. Собрав все это вместе, вы получите несимметричный выход на каждом коллекторе

Вычитание двух выходов дает вам дифференциальный выход

Пример установки смещения: R _tail устанавливает смещение на Ie = (-0.6 В — В _DD ) / R _хвост = (-0,6 В — (-15 В )) / 7,2 кОм = 2 мА , который делит поровну между Q ₁ и Q ₂ дача

Наконец, мы легко вычисляем г _м = 1 мА /25 мВ = 0,04 А / В . Одностороннее усиление становится:

Выход дифференциального усилителя сам по себе часто является дифференциальным.Если это нежелательно, то можно использовать только один выход, не учитывая другой выход. Или, чтобы избежать потери усиления, можно использовать дифференциал к одностороннему каскаду после дифференциального каскада. Это часто реализуется с помощью активной токовой зеркальной нагрузки вместо коллекторных / стоковых резисторов.

Длиннохвостые пары часто используются в схемах, в которых реализованы линейные усилители с обратной связью, как в операционных усилителях, так и в других схемах, где требуется дифференциальный усилитель.

При использовании в качестве переключателя «левая» база или вентиль используются в качестве входного сигнала, а «правая» база или вентиль заземлена; вывод берется из правого коллектора или стока. Когда входной сигнал равен нулю или отрицателен, выходной сигнал близок к нулю; когда вход положительный, выход наиболее положительный, динамическая работа такая же, как и при использовании усилителя, описанного выше.

Стабильность смещения и независимость от изменений параметров устройства могут быть улучшены за счет отрицательной обратной связи, подаваемой через эмиттерные или исходные резисторы дегенерации.

Дифференциальная пара с небольшим дифференциальным входным сигналом v _i

Операция малого сигнала

Некоторые формулы

1. Дифференциальное входное сопротивление

2. Дифференциальное усиление напряжения

3. Усиление синфазного режима:

Увеличение диапазона линейного дифференциального входа разностной пары

Иногда выгодно добавить резистор вырожденного эмиттера REF в схему, как показано на рисунке 12.3.1. Резисторы имеют недостаток, заключающийся в уменьшении дифференциального усиления по напряжению в цепи. Однако для этого есть две причины: увеличить входное сопротивление и уменьшить искажения из-за нелинейности BJT. На правом рисунке показана передаточная характеристика дифференциального усилителя (R _EF = 40 В _T / I _EE ).

Чтобы улучшить линейность, мы вводим эмиттер-дегенеративные резисторы, которые увеличивают линейный диапазон от нескольких V _T до примерно I _Tail R.

ADALM1000 Лабораторное мероприятие 12, Дифференциальный усилитель BJT
ADALM1000 Лабораторное мероприятие 12м, Дифференциальный усилитель MOS

Лабораторное мероприятие ADALM2000 12, дифференциальный усилитель BJT
Лабораторное мероприятие ADALM2000 12м, дифференциальный усилитель MOS

Текущее зеркало как нагрузка

На следующем рисунке показан вариант пары с эмиттерной связью, в которой коллекторные резисторы заменены токовым зеркалом.Эта схема особенно предпочтительна в интегральных схемах, потому что согласованные транзисторы намного легче построить, чем согласованные с прецессией резисторы высокого значения. Простой анализ с допущением большого ß, при котором не учитываются базовые токи Q ₃ и Q ₄ , приводит к следующему уравнению:

Для

примерно пропорционально V _ID . Кроме того, обратите внимание, что синфазный входной компонент не влияет на выходной ток.

Резюме

В этой главе представлена ​​информация о дифференциальных усилителях. Информация, которая следует, суммирует важные пункты этой главы.

Разностный усилитель — это любой усилитель, выходной сигнал которого зависит от разности входных сигналов. Разностный усилитель с двумя входами и одним выходом может быть выполнен путем объединения конфигураций с общим эмиттером и общей базой в одном транзисторе.

Разностный усилитель может иметь входные сигналы, которые находятся в фазе друг с другом, на 180º не в фазе друг с другом или не в фазе на что-либо, отличное от 180º друг от друга.

Вернуться к предыдущей главе

Перейти к следующей главе

Вернуться к содержанию

университет / курсы / электроника / текст / chapter-12.txt · Последнее изменение: 06 июня 2017 г. 17:49 от dmercer