Дифференциальный усилитель (ДУ)

Дрейф нуля

Усилители постоянного тока (УПТ)

УПТ усиливают постоянный и медленно меняющийся во времени сигнал.

Постоянной составляющей сигнала соответствует частота, равная нулю, поэтому полоса пропускания УПТ содержит нулевую частоту.

АЧХ УПТ выглядит:

0

Т.к. в области НЧ в УПТ отсутствуют линейные искажения, то в УПТ должны отсутствовать элементы, приводящие к этим искажениям (разделительные и блокировочные конденсаторы, трансформаторы, дроссели).

Общий недостаток всех УПТ прямого усиления – нестабильность нуля.

Должно выполняться: при . Реально это не выполняется.

Медленное произвольное изменение постоянного выходного напряжения при отсутствии входного называется дрейфом нуля.

Основные причины дрейфа нуля:

1. Изменение температуры окружающей среды (температурный дрейф).

2. Старение элементов и связанное с этим изменение их параметров.

3. Нестабильность напряжения ИП и др.

Дрейф нуля содержит монотонную медленно меняющуюся составляющую и случайные отклонения от неё – флуктуации.

U_ДР=

0 t (время)

возникает за счёт 1 и 2 причины, возникает за счёт 3 причины. Основная доля дрейфа нуля обусловлена первым каскадом (из-за последующего усиления). В усилителях переменного тока дрейф нуля отсутствует, т.к. цепи межкаскадной связи (конденсаторы, трансформаторы) не пропускают постоянное или медленно меняющееся напряжение на вход следующего каскада.

Дрейф нуля – явление нежелательное, т.к. он не отличим от усиливаемого полезного сигнала, искажает его и может недопустимо изменить режим работы всего усилителя.

Меры по уменьшению дрейфа нуля:

1. Применение в первых каскадах двухтактных УПТ – дифференциальных усилителей.

2. Использование общей глубокой ООС.

3. Применение эмиттерной + параметрической стабилизации.

4. Стабилизация напряжения ИП.

5. Предварительный прогрев схемы или термостатирование (помещение в термостат).

6. Применение УПТ с преобразованием частоты входного сигнала.

(Медленно меняющееся напряжение преобразуется в переменное с помощью модулятора, затем усиливается усилителем переменного тока. Далее происходит обратный процесс (демодуляция) – сигнал выпрямляется с помощью выпрямителя.

,

Усилитель переменного тока дрейфа нуля не создаёт. Дрейф, в основном, определяется балансным модулятором и составляет очень малую величину - десятые доли мкВ/град).

Свести температурный дрейф к нулю можно в двухтактных УПТ – дифференциальных усилителях.

Основа схемы – ШПУ.

Назначение элементов:

– усилительные элементы;

– источник энергии для получения усиленных колебаний на выходе;

– делители (задают смещение на базы транзисторов);

– сопротивления коллекторной нагрузки;

– элемент эмиттерной стабилизации.

Вход считается симметричным, если сигналы подаются одновременно на оба входа. При этом:

(Минус ставится, т.к. напряжение снимается между точкой 1 и корпусом, а напряжение - между корпусом и точкой 2. Корпус – это начало координат, поэтому если считать напряжение положительным, то напряжение будет отрицательным.)

Вход считается несимметричным, если сигнал подается на один из входов.

Аналогично: выход считается симметричным, если сигнал снимается с обоих плеч. При этом:

Если сигнал снимается с одного плеча, выход считается несимметричным.

Если использовать симметричный выход в симметричном каскаде (транзисторы одинаковы, соответствующие резисторы одинаковы), то при изменении температуры коллекторные токи транзисторов будут изменяться одинаково, следовательно, одинаково будут изменяться и коллекторные (выходные) напряжения, разность между которыми будет стремиться к нулю (т.е. температурный дрейф будет практически отсутствовать).

ДУ может уменьшить напряжение дрейфа в сотни раз по сравнению с однотактным каскадом УПТ.

Выходное напряжение данного ДУ определяется:

(22)

Проведем анализ этого выражения.

1) Если напряжения и противофазны (например, , ),то входной сигнал называется дифференциальным.

При этом абсолютные значения входных напряжение складываются, и выходное напряжение получается максимальным (вытекает из выражения 22).

Таким образом, можно сказать: ДУ реагирует на дифференциальныйсигнал, т.е. усиливает его – отсюда и название схемы «дифференциальный усилитель».

2) Если напряжения и равны по амплитуде и по фазе (например, ), входной сигнал называется синфазным.

При подаче на вход ДУ синфазного сигнала выходное напряжение обращается в нуль (вытекает из выражения 22).

Таким образом, можно сказать: ДУ не реагирует на синфазный сигнал (не чувствителен к синфазному сигналу).

Реально синфазный сигнал – это помеха, следовательно, ДУ не чувствителен к помехам.

ДУ с двумя источниками питания

Т.к. через резисторы протекают постоянные составляющие коллекторных токов , то чтобы не было большого потребления энергии от источника питания, эти резисторы выбирают низкоомными.

Но при этом снижается усиление каскада, т.к. на этих резисторах выделяется усиленный сигнал.

Повысить усиление можно за счет питания каскада от биполярного источника. При этом второй источник () снижает потенциал эмиттеров относительно корпуса, что обеспечивает необходимое смещение эмиттерных переходов, а, значит, необходимость в делителях отпадает.

Отсутствие этих делителей означает отсутствие постоянного напряжения на входе, что уменьшает напряжение дрейфа.

Таким образом, применение двух источников питания упрощает схемуи уменьшает дрейф.

Перейдя к интегральному изображению ДУ, получим:

Для уменьшения дрейфа, вызванного асимметрией схемы (из-за разброса параметров по ), в схему введена местная ООС – резисторы ( 30÷200 Ом). Кроме симметрии, эти резисторы повышают входное сопротивление каскада, повышают температурную стабильность, но снижают коэффициент усиления .

Роль резистора :

· элемент эмиттерной стабилизации;

· подавляет синфазный сигнал, т.е. помеху.

Дата добавления: 2017-02-01