рис. 2.36Схема дифференциального усилителя представлена на рис. 2.36.

Как и при анализе операционного усилителя, при рассмотрении дифференциального усилителя широко используют дифференциальное входное напряжение uвх.диф и синфазное входное напряжение uвх.синф. Эти понятия при обращении к операционному усилителю используют потому, что в качестве его входного каскада применяется дифференциальный усилитель. Дифференциальное входное напряжение определяется выражением:

uвх.диф = uвх2 − ивх1

Пусть uвх.диф = 0, тогда

uвх.синф = ивх1 = ивх2

Напряжение uвых.диф называют выходным дифференциальным сигналом, причем

uвых.диф = uК1uК2

Основная идея, реализованная в дифференциальном каскаде, как это было показано выше, состоит в использовании в одном целом двух совершенно одинаковых половин. Эта идея достаточно часто применяется в электронике.

Использование двух одинаковых половин приводит к тому, что выходное напряжение uвых.диф очень слабо зависит от входного синфазного напряжения и практически определяется только напряжением uвх.диф. Усилитель называют дифференциальным потому, что uвых.диф пропорционально напряжению uвх.диф (пропорционально разности напряжений uвх1 и uвх2) Другие дестабилизирующие факторы, кроме синфазного напряжения, также оказывают слабое влияние на величину uвх.диф.

Если увеличилась температура и возросли тепловые токи Íко1 и Íко2 соответственно транзисторов T1 и Т2, то из-за изменения напряжений uRK1 и uRK2 на резисторах RK1, и RK2 изменяются напряжения uК1 и uК2. Если сопротивления RK1 и RK2 равны, а изменения токов Íко1 и Íко2 одинаковы, то напряжение uвых.диф не изменится.

Допустим, что ток i0 является неизменным, а схема полностью симметрична и uдиф = 0, тогда iК1= iК2 ~ i0 / 2, так как ток коллектора каждого транзистора примерно равен току эмиттера. В случае изменения входного синфазного сигнала токи iК1 и iK2 не изменяются и поэтому не изменяются напряжения uK1 и uK2, не говоря уже о напряжении uвых.диф. В соответствии с этим в реальных усилителях вместо резистора Rэ и источника напряжения Еэ часто для ослабления влияния синфазного сигнала используют ту или иную схему на транзисторах, которая выполняет функцию источника тока. Эту схему при анализе обычно заменяют источником тока (на рис. 2.36 пунктир).

В интегральных схемах области полупроводника, соответствующие транзисторам, располагают очень близко друг от друга. Поэтому параметры транзисторов оказываются очень близкими, что обеспечивает симметрию дифференциального усилителя.

Рассмотрим кратко процессы, происходящие в усилителе при поступлении на его вход положительного сигнала uвх.диф. При увеличении этого сигнала, во-первых, увеличиваются ток базы и ток коллектора транзистора Т2. Это приводит к увеличению напряжения uRK2 и уменьшению напряжения uK2. Во-вторых, уменьшаются ток базы и ток коллектора транзистора Т1. Это приводит к уменьшению напряжения uRK1 и увеличению напряжения uK1. В результате напряжение uвых.диф увеличивается. Если напряжение uвх.диф чрезмерно велико, то транзистор Т2 может войти в режим насыщения, а транзисторT1 — в режим отсечки. При отрицательном напряжении uвх.диф транзисторы меняются ролями.

На практике широко используются также дифференциальные усилители на полевых транзисторах.

Проведем количественный анализ рассмотренного выше усилителя (рис. 2.36). Пусть uдиф = 0 и установлен фиксированный ток i0. Обозначим через βст1, βст2 статические коэффициенты передачи тока базы, а через β1, β2 динамические коэффициенты соответственно для транзисторов Т1 и Т2.

Если βст1 = βст2 = βст, β1= β2 = β, тогда в начальном режиме

iб1 = iб2 = i0 / [ 2 · ( 1 + βст ) ] ≈ i0 / ( 2 · βст )

iК1 = iК2i0 / 2

Допустим, RK1 = RK2 = RK , тогда

uK1 = uK2 = E – ( i0 / 2 ) · RK ,   uвых.диф = 0

В частности, если

i0 = EK / RK ,   то

uK1 = uK2 = EK / 2

Такой начальный режим работы обеспечивает максимально возможный диапазон изменения напряжений uК1, uК2 и uвых.диф ( −ЕК ... +ЕК).

Определим коэффициент усиления по напряжению для дифференциального сигнала Кдиф. Под воздействием входного дифференциального напряжения uвх.диф  токи iб1 и iб2 получили приращения, модуль которых обозначим через | ∆iб |. Если uвх.диф > 0, то приращение тока iб2 будет положительным, а тока iбl — отрицательным. Если в эквивалентной схеме транзистора учитывать сопротивление rэ и не учитывать сопротивление rб, то

uвх.диф = 2 · ( β + 1) · rэ · | ∆iб |

Нетрудно заметить, что

uвых.диф = | ∆iб | · β · RK· 2

С учетом выражений для uвх.диф и uвых.диф получим

Кдиф = uвых.диф / uвх.диф =

= β · RK / [ ( β + 1) · rэ ] ≈ RK / rэ

Как известно, при увеличении начального тока в цепи эмиттера величина rэ уменьшается, а при уменьшении увеличивается. Поэтому при увеличении тока i0 коэффициент Кдиф увеличивается. Это позволяет изменять коэффициент усиления, изменяя начальный режим работы усилителя.


Рекомендуйте эту статью другим!



Управляемые реакторы
мая 01, 2013 4788

Управляемые реакторы, производители, принцип действия, схема

В России созданы управляемые подмагничиванием шунтирующие трехфазные реакторы серии РТУ.…
дек 18, 2012 35066

Воздушные линии электропередачи ЛЭП, конструкция, разновидности, параметры

Основными элементами воздушных линий являются провода, изоляторы, линейная арматура,…
Операционные системы реального времени ОСРВ
нояб 24, 2015 2950

Операционные системы реального времени (ОСРВ)

Назначение ОСРВ. Операционные системы реального времени ОСРВ (Real Time Operating Systems…
Асинхронизированные турбогенераторы
мая 05, 2013 6403

Асинхронизированные турбогенераторы, достоинства применения

Для электроэнергетики России существует необходимость поддержания требуемых уровней…
Сушка трансформаторов 1
окт 20, 2014 2868

Сушка силовых трансформаторов, зачем, достоинства, параметры

Сушкой трансформатора принято называть процесс восстановления диэлектрических…