Дифференциальные усилители. Дифференциальные усилители предназначены для усиления разности потенциалов (напряжения, тока), поступающих на два входа

Дифференциальные усилители предназначены для усиления разности потенциалов (напряжения, тока), поступающих на два входа. Простейшая схема усилителя этого типа показана на рис.55.

Рис.55. Схема симметричного дифференциального усилителя на двух биполярных транзисторах

Симметричный дифференциальный усилитель, схема которого показана на рис.55, состоит из двух параллельно включенных относительно источника питания одинаковых однокаскадных усилителей постоянного тока. Входные напряжения (потенциалы) относительно общего вывода (соединенных эмиттеров) подаются на соответствующие базовые выводы, а выходное напряжение, как разность потенциалов относительно того же общего вывода снимается с коллекторных выводов транзисторов.

Если U_ВХ1 = U_ВХ2, то U_ВЫХ = j_К1 - j_К2 = 0. Такой же результат будет, если напряжения на обоих входах будут одинаковые по абсолютной величине и будут иметь одинаковые знаки, т.е. когда ±j1 = ±j2.

Если входные напряжения не совпадают по знаку или по абсолютной величине, то на выходе появится напряжение, равное разности усиленных напряжений на коллекторе VT1 и VT2. Таким образом

, (40)

где К – коэффициент усиления плеча; в скобках – алгебраическая сумма напряжений на входе с учетом знака потенциала: при отрицательном потенциале на входе знак входного напряжения меняется на противоположный.

Нужно учитывать, что в таком усилителе отсутствует общая точка между источником сигнала и нагрузкой: выходное напряжение снимается с сопротивления нагрузки, которое подключено к обоим коллекторам и отсчитывается как разность потенциалов между ними.

Сопротивление R_Э имеет относительно большую величину, создающую режим источника тока в эмиттерной цепи обоих транзисторов. В этом случае в соответствии с первым законом Кирхгофа отсутствует приращение тока в эмиттерной цепи при изменении токов в плечах дифференциального усилителя. Эмиттерная цепь служит для стабилизации режима покоя и в дифференциальном каскаде не влияет на коэффициент усиления: обратная связь по переменному току, таким образом, отсутствует.

Так как дифференциальный каскад усиливает разность потенциалов, то при поступлении на его входы синфазных напряжений (напряжений одинаковой полярности, фазы и амплитуды) на выходе напряжение будет равно нулю. Например, электромагнитное поле сетевого напряжения может наводить на входах дифференциального усилителя ЭДС одинакового знака и величины, которое не будет передаваться на выход за счет взаимной компенсации на выходе. В однокаскадном усилителе напряжения этот эффект отсутствует, так как в нем напряжение на коллекторном выводе одного транзистора отсчитывается относительно одной и той же общей точки, как и на входе.

Качество ослабления синфазного сигнала характеризуется коэффициентом ослабления синфазного сигнала

, (41)

имеющий размерность дециБеллы (дБ).

При высокой симметрии каскадов коэффициент ослабления синфазного сигнала составляет 80-100 дБ (10⁴-10⁵) раз.

Более простой вариант схемы несимметричного дифференциального усилителя представлен на рис.56.

В нем левое плечо на VT1 представляет из себя усилитель с общим коллектором. Резистор R_Э выполняет ту же роль, что и в симметричном дифференциальном усилителе. Однако, в несимметричном усилителе возможно снятие выходного напряжения относительно общей точки, что позволяет согласование такого типа дифференциального усилителя с однофазными усилителями напряжения или мощности.

Получение на выходе напряжения разной полярности обеспечивается применением двухполярного источника питания – Е и +Е. В соответствии со вторым законом Кирхгофа при переходе от +Е к –Е через VT2 потенциал проходит через 0. Т.о. в режиме покоя возможен режим, при котором U_ВЫХ = 0 при отсутствии напряжений на входах.

При подаче на вход VT1 напряжения U_ВХ1 отрицательной полярности его коллекторный ток увеличится, следовательно, коллекторный ток через VT2 уменьшится (ток через R_Э остается постоянным) при U_ВХ2. Это приведет к увеличению положительного потенциала на выходе, так как падение напряжения на R_К2 уменьшится.

При U_ВХ1 = 0 и отрицательном потенциале на входе VT2 он откроется и ток через него увеличится это приведет к увеличению падения напряжения на R_К2 и, соответственно, понизится потенциал на выходе. Т.е. выходное напряжение изменит полярность. При одинаковых по величине и знаку потенциалов на входах выходное напряжение будет равно нулю, так как коллекторные тока транзисторов VT1 и VT2 не изменятся.

Один из входов несимметричного дифференциального усилителя имеет согласованный знак потенциала с выходным и поэтому называется неинвертирующим. Вход дифференциального усилителя, знак потенциала которого противоположен знаку выходного потенциала, называется инвертирующим.

Дата добавления: 2015-05-06