Главная | Обратная связь

Диференційні каскади підсилення

Диференційні каскади відносять до балансних (мостових) схем підcилювачів постійного струму. Їх застосовують для зниження дрейфу нуля, що викликається зміною напруги живлення і температури нав-колишнього середовища. Диференційні каскади мають два входи і два виходи, що дозволяє проектувати інвертуючі і неінвертуючі підсилю­вачі і досить просто узгоджувати кола зворотних зв'язків. В диференційних каскадах легко виконати зміщення рівня вихідного потенціа­лу, тому можна будувати багатокаскадні підсилювачі без застосуван­ня розділяючих реактивних елементів (конденсаторів, трансформато­рів). Отже, структура диференційного підсилювача узгоджена з прин­ципами інтегральної технології, при якій можливе виготовлення пари транзисторів з майже ідентичними параметрами. При цій умові дифе­ренційні каскади мають майже ідеальні характеристики.

Диференційний підсилювач (ДП) — це балансний підсилювач по­стійного струму з джерелом стабільного струму в колі емітера. Значен­ня цього струму обчислюють за параметрами додаткового джерела живлення і резистором в емітерному колі. На рис. показана схема ДП, яка складається з двох транзисторів і трьох резисторів. В окремих випадках напруга вхідного сигналу може бути подана лише на один вхід (Евх₁=0 або Евх₂= 0). Напруга вихідного сигналу j знімається або між колекторами транзисторів (симетричний вихід), або з колектора одного з транзисторів відносно заземленого провідника (несиметричний вихід).

Опір резистора R_E повинен значно перевищувати внутрішній oпір підсилювача з боку його виходу, щоб значення стабільного струму І₀ =(Е-U_BE)/R_E не залежало від напруги на вході ДП і було сталим навіть при наявності короткого замикання в колі навантаження джерела цього струму. Необхідно також вживати заходи для забезпе­чення високої стабільності струму Iо під впливом температури, оскільки параметри ДП вельми залежать від цього струму.

Важлива особливість ДП — високе підсилення різниці вхідн сигналів Eвх₁ -Eвх₂ (коли вхідні сигнали змінного струму протифазні або різнополярні для сигналів постійного струму) і значне ослаблення сумарного вхідного сигналу Евх₁+Евх₂. Це найчастіше сигнал завади, зумовлений напругою дрейфу нуля підсилювача.

При симетричних плечах схеми (транзистори ідентичні, а Rс₁ =Rс₂=Rc) і відсутності вхідних сигналів ДП збалансований, і напруга між колекторами (на виході) дорівнює нулю. Оскільки струм ділиться між плечами порівну, то потенціали колекторів обох тран­зисторів однакові і дорівнюють Uco = Uвих₁ =Uвих₂ = Ес-IoRc/2 (рис.).

Якщо в момент часу t на вхід транзистора VTI надійшов пози­тивний сигнал при Eвх₂ = 0, то на виході лівого плеча схеми, що є підсилювальним каскадом з ЗЕ, з'явиться підсилений сигнал Uвих₁ протилежної полярності (інвертований сигнал, як в схемі із ЗЕ). Одночасно на емітерному резисторі

,

де h_11B2 — вхідний опір транзистора VT2 на емітерному вході, з'явиться позитивний імпульс U е , що дорівнює за амплітудою вхідному імпульсу

Eвх > 0 . Цей імпульс надходить на емітер транзистора VT2, викли­каючи появу на колекторі підсиленого імпульсу також позитивної полярності (зміщення по фазі відсутнє, як в схемі із ЗБ) з амплі­тудою Uвих₂ »Uвихі. Значить, вихідний сигнал з напругою Uвих² неінвертований по відношенню до вхідного сигналу.

Із збільшенням амплітуди вхідного сигналу Eвх₁ струм транзистора VТ1 збільшується, а напруга на його колекторі знижується і, навпаки, струм транзистора VT2 зменшується, що супроводжується зростанням напругиUвих₂ (ділянка t₁ — t₂ на рис.). В момент часу t₂ струм транзистора VTI досягає максимального значення Io, а струм тран­зистора VT2 дорівнює нулю. При цьому різниця вихідних сигналів Uвих₂— Uâèx₁=ІоRc. Описаний процес можливий, якщо між входами прикладено різницю (різнополярний) вхідних сигналів, яка назива­ється диференційним сигналом.

При надходженні на вхід ДП синфазного вхідного сигналу Есф= Евх₁ + Евх₂ (обидва входи ДП з'єднані) і у випадку ідеального джерела струму (R_E ® ¥) сигнал на виході ДП відсутній. Оскільки в реальних ДП резистор re має скінчений опір, то під дією синфазного сигналу на виході підсилювача з'явиться невелика напруга розбалансування DЕсф, яка додається до корисного сигналу, зумовлюючи сигнал помилки. Тому ДП тим якісніший, чим меншу різницю вхідних сигна­лів він може розрізняти на фоні великого синфазного сигналу, як пра­вило, створеного дією дестабілізуючих факторів.