Дифференциальный усилитель

2.2.1 Схема дифференциального усилителя (ДУ)

Дифференциальный усилитель (см. рисунок 2.2) усиливает разность входных сигналов, который называется дифференциальным сигналом. Строится на биполярных или полевых транзисторах.

ДУ представляет собой параллельно-балансный каскад – два УПТ с общей эмиттерной нагрузкой Rэ, т.е. сбалансированный мост. Плечи моста: Rк1 = Rк2 и транзисторы VT1 и VT2, которыедолжны быть идентичны.

В одну диагональ включено коллекторное питание, в другую – нагрузка Rн. Питание каскада осуществляется от двух источников Eк = Eэ, т.е. суммарное напряжение питания .

С помощью уменьшается потенциал эмиттеров VT1 и VT2 относительно общей точки, при этом отпадает необходимость согласования потенциалов.

На дискретных транзисторах трудно получить абсолютную симметрию, поэтому качественные ДУ строятся на интегральных микросхемах.

 

2.2.2 Дифференциальный усилитель с генератором стабильного тока

Синфазный сигнал – это сигнал, действующий одновременно на обоих входах, например, сигнал вследствие изменения напряжения питания, температуры и др., т.е. это помеха, влияние которой надо ослабить. Для уменьшения действия синфазного сигнала (СС) необходимо стабилизировать ток эмиттера. Допустим, на оба входа действует СС. Он стремится увеличить токи коллектора, а их сумма есть ток эмиттера, который является постоянным. Поэтому ток коллектора не увеличивается, и не изменяются. Для стабилизации тока эмиттера можно увеличивать эмиттерное сопротивление , но тогда необходимо увеличить напряжение питания, а его не нужно изменять. Вместо целесообразно ставить источник тока или генератор стабильного тока (ГСТ) на транзисторах, имеющего небольшое сопротивление по постоянному току и большое – по переменному (см. рисунок 2.3).

В схему ГСТ входят: транзистор VT3, диод VD, резисторы R1, R2 и R3 и источник питания Еэ. Ток Iэ определяет сумму токов Iэ1 и Iэ2 для транзисторов VT1 и VT2, а задается он от ГСТ на VT3 (схема с общей базой). Его выходное сопротивление намного больше Rэ в схеме рисунка 2.2. Смещение на базу VT3 подается через делитель R1, R2, VD. Диод VD необходим для термокомпенсации. Выполняется условие R1>> R2, Rэ. Ток через R1 постоянный, так как R1 большое и от температуры не зависит. В свою очередь .

При повышении температуры входная характеристика смещается влево, т.е. увеличивается ток эмиттера Iэ3. Одновременно уменьшается сопротивление диода VD, увеличивается ток и уменьшается ток , равный I1I2. Ток Iк3 = a Iб3 также уменьшится. Таким образом, ток эмиттера дифференциального усилителя Iэ поддерживается стабильным.

2.2.3 Разновидности схем дифференциальных усилителей

Основными задачами разработки разновидностей схем ДУ является увеличение коэффициента усиления усилителя и увеличение входного сопротивления.

Используются следующие разновидности схем ДУ:

а) на входах ДУ ставятся составные транзисторы (пара Дарлингтона), у которых гораздо выше входное сопротивление и коэффициент передачи тока равен произведению коэффициентов передачи тока обоих транзисторов;

б) на входах ДУ ставятся эмиттерные повторители, у которых входное сопротивление сотни килоомов;

в) ДУ с полевыми транзисторами на входах;

г) ДУ с динамической нагрузкой.