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!



провод
июль 07, 2013 4097

Провод электрический, краткое описание, классификация

Провод – это одна неизолированная или несколько изолированных жил, которые сверху могут…
рис. 1.78
сен 01, 2016 679

Три схемы включения транзистора с ненулевым сопротивлением нагрузки

Транзисторы часто применяют для усиления переменных сигналов (которые при расчетах обычно…
рис. 2.30
окт 31, 2016 1040

Вычитающий усилитель (усилитель с дифференциальным входом)

В вычитающем усилителе (рис. 2.30) один входной сигнал подается на инвертирующий вход, а…
Закон Джоуля  Ленца портреты ученых
июнь 30, 2016 9682

Закон Джоуля – Ленца. Определение, формула, физический смысл.

Закон Джоуля – Ленца – закон физики, определяющий количественную меру теплового действия…
Требования к монтажу электропроводки
янв 05, 2014 2132

Требования к монтажу электропроводки

К электропроводке выдвигается ряд требований, которые позволяют достичь безопасности…