Что такое дифференциальный каскад

Дифференциальный каскад

Значительно улучшает схему использование в паре двух одинаковых транзисторов, соединенных эмиттерами, – так называемого дифференциального каскада (см. рис. 6.9). Дифференциальные каскады в силу их удобства широко применяли еще в эпоху недоступности микросхем (в том числе даже и в ламповые времена), но теперь их отдельно почти не используют, кроме некоторых областей вроде звукотехники. Они являются основой операционных усилителей, которые имеет смысл рассматривать, как единое целое. Тем не менее, понимание принципов работы дифференциального каскада необходимо, и мы рассмотрим его вкратце, а потом (в главе 8 ) построим на его основе простейший звуковой усилитель.

Рис. 6.9. Дифференциальный каскад на биполярных транзисторах

Мы не будем здесь подробно разбирать работу этой схемы (рекомендую [4, 5]), только укажем некоторые ее особенности:

□ входное сопротивление дифференциального каскада равно входному сопротивлению каскада с общим коллектором;

□ усиление по напряжению (дифференциальному) составляет 100 и более раз.

Если вы хотите получить точно определенный коэффициент усиления, в каждый из эмиттеров нужно ввести по одинаковому резистору – тогда К_ус будет определяться, как для каскада на рис. 6.7. Но обычно в таком режиме дифференциальный усилитель не применяют – их используют в системах с общей обратной связью, которая и задает необходимый коэффициент усиления (см. главу 8 );

□ выходы строго симметричны;

Источник

Дифференциальный каскад усилителя

Дифференциальные и операционные усилители

Дополнительный материал к лекции 10 для самостоятельной работы

Операционный каскад усилителя

Дифференциальный каскад усилителя

Дифференциальные и операционные усилители

План ( логика ) изложения материала

Лекция 10

Литература

1. Гольцев В.Р., Богун В.Д.,Хиленко В.И. Электронные усилители. М.: Стандарты, 1990. с.106…119

2. Колонтаевський Ю.П.,Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія i практикум.- К.Каравела, 2003. с.106..108.

3. Криштанович А.К., Трифонюк В.В. Основы промышленной электроники.-М.: Высшая школа, 1985.С. 118…122.

4. Джонс М.Х. Электроника – практический курс. М.Постмаркет, 1999. с.178. 181.

5 Ленк Дж.Д. Справочник по проектированию электронных схем / Пер. с анг. В.И. Зубчука м Сигорского. Под ред. В.П. Сингорского. – К.: Техніка, 1979. с.97. 99.

4. Напишите ключевые слова по теме «Усилители постоянного тока»

После изучения лекции 10 студент должен знать: работу дифференциального и операционного усилителя и их характеристики.

Уметь: пояснить работу дифференциального и операционного усилителя, а также уметь нарисовать схемы дифференциальных и операционных усилителей.

В усилительных каскадах транзисторы включить можно последова­тельно друг с другом по отношению к источнику электропитания, либо параллельно. Параллельные каскады более удобны для практического использования и для микроэлектронной технологии, а поэтому в настоящее время в основном и применяются.

На базы транзисторов VT₁ и VT₂, оба ОЭ, поступает симметрич­ный относительно общего провода сигнал, т.е. два равных противопо­ложных напряжения U’_bx и U»_bx.

Выходной сигнал снимается с вывода от коллектора этих двух транзисторов и равен сумме частичных выходных напряжений, разви­ваемых каждым транзистором на своем сопротивлении коллекторной нагрузки R₃ и R₅.

Рисунок 1.61- Дифференциальный каскад с симметричным выходом

В общей эмиттерной цепи транзисторов VT₁ и VT₂ включено сопротивление R₄, которое осуществляет эмиттерную стабилизацию исходного режима. Величина этого сопротивления может быть вдвое меньше, чем в одиночном каскаде, так как через него проходит постоян­ный ток двух транзисторов. Кроме того, резистор R₄ создает связь между эмиттерами по переменному току.

В положительный полупериод сигнала на первом входе на R₃ соз­даётся частичное выходное напряжение U’_вых с отрицательным зна­ком у выходного зажима около коллектора транзистора VT₁. Одно­временно на второй вход поступает отрицательная полуволна такого же сигнала, и не резисторе R₅ создается второе частичное напряже­ние U»_вых с положительным знаком около второго выходного зажима (у коллектора VT₂).

Поскольку U’_вых = К·U’_вх и U»_вых = К·U»_вх, где К-коэффициент усиления напряжения, то

т.е. выходное напряжение пропорционально разности входных.

Таким образом, коэффициент усиления дифференциального каска­да вдвое больше, чем для одного транзистора в схеме ОЭ. В каскаде нет отрицательной обратной связи по переменному току, так как токи двух транзисторов проходят через резистор R₄ в противоположных направлениях.

В случае попадания на оба входа сигнала в одной фазе выходное напряжение будет очень малым, равным разности U’_вых и U»_вых, а при симметрии схемы U_вых=0. Это означает, что каскад нечувствите­лен к синфазным помехам, наводимым на оба входа, а также к пуль­сациям и изменению питающего напряжения и одинаковым измене­нием параметров схемы при колебаниях температуры и старения элементов.

При синфазных сигналах переменные токи эмиттеров двух тран­зисторов проходят по общему эмиттерному сопротивлению R₄ в одном направлении и создают для обоих транзисторов глубокую отрицательную обратную связь по переменному току. Это еще в большой степени ослабляют чувствительность к синфазным помехам.

Эта особенность дифференциального каскада усиливать только дифференциальный сигнал и подавлять синфазный является очень важной и полезной, так как большинство видов помех является син­фазными по отношению к цепям дифференциального каскада, так же как и напряжение дрейфа обоих плеч, а поэтому дифференциальный каскад их сильно подавляет по отношению к полезному сигналу.

Отношение коэффициента усиления дифференциального сигнала Кд к коэффициенту усиления синфазного сигнала Кс называют коэффициентом ослабления синфазного сигнала Коос.

Дифференциальный каскад в зависимости от способа подачи сиг­нала на его вход и способа снятия усиленного сигнала с выхода мо­жет быть использован различно. Так, сигнал на вход дифференциаль­ного каскада можно подавать следующими тремя способами :

1) между точками 1 и 2 (симметричный вход);

2) между точками 1 и 0 (несимметричный вход);

3) между точкам 0 и 2 (несимметричный вход)/

Сигнал с выхода каскада также можно снимать тремя способами:

1) между точками З и 4 (симметричный выход);

2) между точками 3 и 0 (несимметричный выход);

3) между точками 0 и 4 (несимметричный выход).

Свойства дифференциального каскада сильно зависит от спосо­бов подачи и снятия сигнала. Наилучшие свойства каскад имеет в случае подачи симметричного сигнала между точками 1 и 2 и сня­тие симметричного же сигнала с точек 3 и 4.

Однако как источник сигнала, так и нагрузка далеко не всегда симметричны, и на практике очень часто приходится подавать на вход дифференциального каскада несимметричный сигнал по способу 1 или 3, а также и снимать усиленный сигнал несимметрично по способу 2′ и 3′. В этих случаях свойства дифференциального каска­да ухудшаются:

— при подаче сигнала по способам 2 и 3 между входными зажи­мами каскада 1 и 0 (или 0 и 2 ) имеется большая постоянная составляющая напряжения, которую необходимо компенсиро­вать;

— при снятии сигнала по способам 2’и 3′ реализуется только половина напряжения усиленного сигнала, в результате чего коэффициент усиления каскада оказывается вдвое меньше, в дополнение к большой постоянной составляющей напряжения между за­жимами 3 и 0 или 0 и 4. Для компенсации данных недостатков в схеме следует применять источник электропитания со средним выводом.

В этих случаях компенсация дрейфа и подавления синфазных сигна­лов ДК ослабляются и зависят только от величины сопротивления R₄ в общем проводе эмитирующих электродов, вводящего во вход­ную цепь каскада последовательную отрицательную обратную связь по току. Для симметричных входных сигналов (дифференциальных) эта обратная связь в каскаде отсутствует: при подаче на вход несим­метричного сигнала дифференциальный каскад работает как инвер­сный каскад с обратной связью, так как вносимая резистором R₄ об­ратная связь подает напряжение сигнала на ведомое плечо каскада. Для синфазных сигналов глубина отрицательной обратной связи, вносимой сопротивлением R₄ и подавляющей синфазные сигналы, здесь оказывается равной ( 1+2·S·R₄ ), где S- крутизна характеристи­ки выходного тока одного усилительного элемента каскада в точке покоя. Из сказанного следует, что подавление синфазных сигналов, а с ним и снижение дрейфа нуля у дифференциального каскада тем больше, чем выше крутизна характеристики усилительных элементов и чем больше величина R₄.

Увеличивать глубину обратной связи повышением крутизны ха­рактеристики усилительных элементов не удается, так как для увеличе­ния крутизны нужно увеличивать ток покоя, а это заставляет снижать сопротивление резистора R₄ при заданной величине допустимого па­дения на нем напряжения питания. Кроме того, при этом возрастает расход энергии на питание каскада.

Поэтому для повышения глубины обратной связи, улучшающей свойства каскада, следует увеличивать сопротивление резистора R₄. Но его нельзя брать слишком большим, так как через этот резистор проходит ток покоя обоих усилительных элементов и при чрезмерно большом сопротивлении падение напряжения питания будет недо­пустимо велико. Так, например, при токе покоя каскада 1мА и допус­тимом падении напряжения питания на резисторе R₄ 5В сопротивле­ние этого резистора должно быть равно

5/0.001 = 5000 Ом. При использовании в каскаде биполярных транзисторов и токе каждого из них 0,5 мА значение S составит около 0,02 А/В, что даст подавление синфазных сигналов в 1+ 2·0,02·5000≈200 раз, или 43 дБ, что обычно ока­зывается недостаточным. При использовании полевых транзисторов или пентодов подавление будет значительно меньше вследствие более низкой у них крутизны характеристики.

Для увеличения глубины обратной связи, при том же падении напряжения питания на R₄, в качестве последнего используют так называемый “ электронный резистор “ (стабилизатор тока или генератор стабильного тока ГСТ), уко­торого сопротивление переменной составляющей тока много больше сопротивления постоянного тока ( рисунок 1.62). Генератор стабильного тока является, по существу, стабилизированным по постоянному току каскадом, в котором транзистор включен по схеме с общим эмиттером.

R₁ = 220 Ом должно падать напряжение U _R1 = 0,4 В. Следовательно эмиттерный ток будет равен 2 мА ( 0,4/220), таким образом, благодаря ГСТ в цепи эмиттеров транзисторов VT₁ и VT₂ течет суммарный ток 2 мА. Применение диода VD в нижнем плече делителя напряжения обеспечивает температурную компенсацию. Разность потенциалов на диоде падает с ростом температуры точно так же, как это имеет место с разностью потенциалов между базой и эмиттером, так что в широком диапазоне температур приложенное к базе напряжение согласуется с тем, какое требуется транзистору для поддержания тока эмиттера 2 мА. Иногда роль диода может играть транзистора с замкнутыми накоротко коллектором и базой, что приводит к идеальному отслеживанию температурных изменений, такую схему называют токовым зеркалом.

Рисунок 1.62 – Транзисторный генератор стабильного тока (ГСТ).

Принцип работы схемы на рисунке 1.62 следующий. Входные сигналы не могут изменить суммарный ток I_э в эмиттерной цепи, они могут только по разному распределять его между транзисторами. Следовательно, при тождественно одинаковых U’_вх и U»_вх ( синфазный сигнал ) никакой из коллекторных токов не меняется и выходной сигнал не возникает. Сигнал на выходе появляется только в том случае, когда U’_вх и U»_вх различны, при этом в один из транзисторов будет отводится большая доля суммарного тока эмиттера, нежели в другой.

Такие каскады дают подавление синфазных помех порядка 80 дБ и более.

Источник

Дифференциальные каскады

Дифференциальный каскад – это схема, используемая для усиления разности напряжений двух входных сигналов. В идеальном случае выходной сигнал не зависит от уровня каждого из входных сигналов, а определяется только их разностью.

На рис. 2.14 показана схема ДК на биполярных транзисторах. Схема содержит два плеча, включающих транзисторы VT1 и VТ2 и резисторы
R_к1 = R_к2 и токозадающий резистор R₀. Ток I₀, протекающий через резистор R₀, не должен зависеть от входных сигналов. Для этого сопротивление резистора R₀ выбирается большим или вместо него используется транзисторный генератор тока. В схеме используются два источника питания Е_П1 и Е_П2, вторые выводы которых подключены к общей точке. Наличие двух источников питания позволяет работать с сигналами любой полярности. Если оставить один источник питания, а вторую шину питания подключить к общей точке, возможно усиление сигналов только одной полярности.

В общем случае дифференциальный каскад имеет два входа и два выхода, напряжения на которых U_вх1, U_вх2, U_вх1, U_вх2 отсчитываются от общей точки.

Различают синфазные и дифференциальные входные сигналы. Когда уровни сигналов на обоих входах равны (U_вх1 = U_вх2 = U_{вх сф}), такие сигналы называют синфазными. Роль синфазных сигналов обычно играют помехи. Если источник сигнала включен между входами ДК, то такой сигнал называют дифференциальным (разностным) U_{вх д} = U_вх1 – U_вх2. При дифференциальном включении входной сигнал делится пополам между одинаковыми транзисторами VТ1 и VТ2, причем составляющие напряжений на входах ДК относительно общей точки противоположны по знаку, или

Дифференциальный каскад должен эффективно усиливать дифференциальные сигналы и ослаблять синфазные.

Выходное напряжение может сниматься между выходами схемы; тогда оно называется выходным дифференциальным (или двухфазным) напряжением. При этом необходимо, чтобы следующий каскад имел дифференциальный вход. Кроме того, часто используют однофазный выход – снимают выходное напряжение между одним из выходов и общей точкой, при этом половина полезного сигнала, действующего на оставшемся выходе, не используется.

Рассмотрим преобразование синфазного сигнала в ДК. Пусть на входы схемы (рис. 2.14) подано синфазное напряжение (U_вх1= U_вх2= U_{вх сф}). В качестве выходного сигнала будем рассматривать однофазное напряжение на первом выходе.

Для анализа воспользуемся эквивалентной схемой, приведенной на рис. 2.15, содержащей одну половину ДК. Поскольку через транзистор VT1 протекает половина тока I₀, резистор в эмиттерной цепи имеет сопротивление 2R₀ (второе сопротивление 2R₀ обес­печивает ток второй половины ДК).

Схема на рис. 2.15 является усилительным каскадом с ОЭ, рассмотренным ранее. Воспользуемся формулой для расчета коэффициента усиления по напряжению

Из (2.7) видно, что если R₀ >> R_к, то
К_Uсф Рис. 2.17

Источник

Принцип работы дифференциального каскада

Рекомендуемые сообщения

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.

Последние посетители 0 пользователей онлайн

Объявления

Сообщения

Похожий контент

Усилитель Амфитон у101-1. При включении в наличии шум гудения в обоих каналах. Увеличивается громкость при регулировании громкости. При прикосновении к корпусу шум немного уменьшается.
В инструкции по ремонту написано, что нужно искать обрыв в экранированом проводе.
Что мне делать, искать обрыв, где его искать, как, и что это вообще за провод такой, или дело в чем-то другом?

Снизу видео демонстрации.

Пожалуйста, пишите дельные советы, без «отнеси мастеру/выкинуть». Спасибо большое за помощь ☺️

!!Ахтунг по замене транзисторов УН.
https://forum.cxem.net/index.php?/topic/234392-усилитель-мощности-большевик/page/5/#elControls_3581957_menu
———-
Представляю простую схему УМ с рабочим названием Большевик. Скелет схемы- многопетлевой усилитель Зуева 1984 г. Схема перепилена и дополнена всем хорошо известным Rus2000 с форума RCL-Electro. Также спасибо за помощь по некоторым моментам Ивану, ака 25602.

1 кГц, 3,8 Ом, 105 Вт.

10 кГц, 3,8 Ом, 22 Вт.

10 кГц, 3,8 Ом, 105 Вт.

Интермодуляционные искажения 16 Вт, 7,5 Ома

Искажения практически не зависят от сопротивления нагрузки и мощности, как видно из второго и третьего графиков. Та же корреляция наблюдается и на более высокой частоте.
Звук усилителя очень комфортный, нейтральный, без выраженного превалирования по диапазону. Никакого утомления от прослушивания, эффект » хочется выкрутить погромче» сохраняется до номинальных мощностей, там, где уже заканчиваются линейные ходы ДГ большинства бытовых АС.
Для любителей поностальгировать эта схема, путем несложных манипуляций, превращается в почти стокового Зуева 84, только без моточных изделий в ВК, что есть огромный плюс, и с диодами антинасыщения УН, что есть тоже огромный плюс, бо в стоковом Зуеве клип ужасен. На разработанных печатных платах трансформация от Большевика к Зуеву и обратно производится элементарно и просто.
Схема, по традиции, достаточно легко настраивается, а также достаточно универсальна по отношению к применяемым компонентам. Помимо указанных на схеме ОУ и транзисторов, возможны различные их вариации без глобального изменения коррекции, с подстройкой только ППК. В частности в УН и ВК были проверены 3 разных типа транзисторов, в том числе в ВК 21193/4 с частотой 3 МГц, в качестве входного ОУ 4 разных микросхемы. Во всех случаях настройка проблемы не составила. ОУ следящего питания можно заменить на КР544УД1 или подобный медленный с полевиками на входе. На что-то другое менять не рекомендую, да и не имеет смысла, цели у него тут чисто утилитарные.
Графики на нагрузке 8 Ом.

Из настроек ППК, ток покоя и балансировка нуля. На ПП для балансировки 318 и 544уд2 предусмотрены посадки под постоянные резисторы. Импортные ОУ с полевиками на входе дают смещение не выше 20 мВ без балансировки.
Фото собранных плат.

Резисторы R806,807 калятся до красна, буквально до красна, и дымят. КЗ нет не после них, не перед ними, сами резисторы снял, каждый 360 ом, схему прилагаю, пока что не могу понять от чего такое вообще может происходить без КЗ. Конденсаторы в выпрямителе рабочие все, проверено. Предохранители Si801,802 не горят.

Источник

Дифференциальные усилительные каскады

Радикальным средством уменьшения дрейфа УПТ является при­менение параллельно-балансных (д и ф ф е р е н-ц и а л ь н ы х) каскадов. Одна из наиболее распространенных схем дифференциальных усилительных каскадов представлена на рис. 2.33, а. По этой схеме построены каскады, выпускаемые в виде отдельных микросхем (например, К118УТ1, К122УТ1); она исполь­зуется также во входных каскадах многих УПТ интегрального ис­полнения.

Рис. 2.33. Схема (а) и упрощенная схема (б) параллельно- балансного (дифференциального) усилительного каскада; способы подачи дифференциального входного сигнала (в, г)

напряжение- снимается между коллекторами транзисторов (т. е. с диагонали моста) или с коллекторов.

Из этих уравнений находим

Величина I₁ R₂ в числителе этого выражения существенно больше разности напряжений U_бэтранзисторов Т₄, Т₃. Поэтому ток I_э определяется преимущественно сопротивлениями R₂, R₃ и током I₁. Поскольку зависящие от температуры параметры U_бэ4 и U_бэ3вхо­дят в выражение в виде разности, зависимость тока от темпе­ратуры проявляется незначительно. Дальнейшее рассмотрение диф­ференциального каскада проведем на примере схемы рис. 2.33, б, где источник стабильного тока на транзисторе Т₃ заменен источником тока I_э.

Дифференциальный каскад допускает подачу входных сигналов от двух источников (на оба входа U_вх1, U_вх2) или от одного источника входного сигнала (рис. 2.33, в, г). В последнем случае входной сиг­нал подается на базу одного из транзисторов или между обеими ба­зами. Входы U_вх1, U_вх2 при схемах соединения по рис. 2.33, в, г называются дифференциальными.

Питание каскада производится от источников .+ Е_к1и — Е_к2с равными напряжениями. Ввиду последовательного соединения этих источников суммарное напряжение питания схемы Е_к = Е_к1 + Е_к2. С помощью напряжения питания Е_К2 снижают потенциал эмиттеров транзисторов Т₁, Т₂ относительно общей точки схемы («земли»). Это позволяет подавать сигналы на входы усилителя без введения дополнительных компенсирующих напряжений, что требовалось, в частности, в схеме рис. 2.32, а.

Схема дифференциального каскада требует применения близких по параметрам транзисторов Т₁, Т₂ и равенства сопротивлений R_К1, R_К2 (рис. 2.33, б). Благодаря этому при входных сигналах, равных нулю, достигается баланс моста, напряжения на коллекторах обоих транзисторов равны и выходное напряжение, снимаемое с диагонали, U_вых = U_вых1— U_вых2 = 0. Высокая стабильность схемы в отно­шении изменения напряжения питания, температуры и прочих фак­торов объясняется тем, что при одинаковом дрейфе по обоим усили­тельным каналам каскада напряжения на коллекторах изменяются на одну и ту же величину и дрейф на выходе каскада отсутствует, В реальных условиях за счет существующего разброса параметров транзисторов (например, β и I_к0(э)) или их неодинакового из­менения во времени некоторый дрейф в каскаде все же имеет­ся. Однако он существенно меньше, чем в предыдущих схе­мах, поскольку величина дрей­фа здесь определяется разност­ным дрейфом двух близких по параметрам усилительных кана­лов. Идентичность параметров транзисторов Т₁ и Т₂легко достигается при интегральном (микросхемном) исполнении, когда их изготовление осуществ­ляется в едином технологиче­ском процессе на общем крис­талле полупроводника.

Рис. 2.34. Схема дифференциального

каскада при входном сигнале, равном

нулю (а); потенциальная диаграмма

Рассмотрим работу схемы при наличии входного сигнала, например при подаче его на вход транзистора Т₁ (U_вх1на рис. 2.35, а), при этом по-прежнему U_вх2= 0. Предположим, что напряжение входного сигнала имеет положительную полярность.

Под воздействием входного сигнала через входные цепи обоих транзисторов будет протекать входной ток I_вх увеличивающий ток базы транзистора Т₁ и уменьшающий ток базы транзистора Т₂. При этом токи I_э1, I_к1 увеличиваются, а токи I_э2, I_к2 уменьшаются. Из­менение токов обоих транзисторов происходит на одну и ту же вели­чину, поскольку сумма токов I_э1 + I_э2 = I_э остается неизменной.

Изменения коллекторных токов вызывают изменение потенциаль­ной диаграммы каскада (рис. 2.35, б). Напряжение U_к1 = Е_К1 — I_к1 R_К1 уменьшается, что вызывает приращение напряжения — ΔU_к1, противоположное по знаку (проинвертированное) напряжению е_ГНапряжение

Рис. 2.35. Схема дифференциального каскада при наличии входного сигнала (а); потенциальная диаграмма выходных цепей (б)

U_к2 = Е_К2 — I_к2 R_К2 возрастает, что создает соответственно приращение напряжения +ΔU_к2 того же знака (непроинвертированного по знаку), что и напряжение входного сигнала.

Таким образом, для рассматриваемого способа передачи входного сигнала выход каскада со стороны коллектора транзистора Т₁ (U_вых1) является инвертирующим, а со стороны коллектора транзистора Т₂ (U_вых2) —неинвертирующим. Сигнал, снимае­мый с обоих коллекторов, называется дифференциальным:

Большие значения напряжения на входе вызывают соответственно большие значения выходного напряжения. Изменения выходных напряжений схемы под воздействием сигнала на входе прекращаются, когда под влиянием входного ‘тока ток базы одного из транзисторов (в рассматриваемом случае ток I_б2) становится равным нулю, а ток I_э протекает только через один из транзисторов (Т₁). Выходные напря­жения каскада при этом составляют:

Подобно описанным, но с иными знаками приращений, протекают процессы в схеме при изменении полярности подводимого входного напряжения или при подключении входного сигнала по схеме рис. 2.33, г.

Определим коэффициенты усиления по напряжению дифференциального каскада.

Входной ток каскада при одинаковых параметрах обоих транзисторов

где r_вх — входное сопротивление транзистора.

Входной ток создает приращения коллекторных токов ±ΔI_к = ± β I_вх и напряжений на коллекторах:

После подстановки сюда выражения для тока I_вх и деле­ния на е_Гопределяем коэффициенты усиления по напряжению кас­када (по обоим выходам U_вых1, U_вых2) :

При R_Г = 0 это выражение принимает вид

Коэффициент усиления каскада по дифференциальному выходу (U_вых ) при R_н=∞находят из соотношения

Соотношения (2.131), (2.134) используют для оценки коэффициентов усиления дифференциального каскада. Коэффициенты усиления по выходам U_вых1 и U_вых2при R_н=∞ и R_Г = 0 близки к K_U/2 для одиночного каскада ОЭ [ср. выражения (2.25) и (2.131)]. Это объяс­няется тем, что при R_Г = 0 к участку база — эмиттер каждого тран­зистора в дифференциальном каскаде прикладывается половина на­пряжения источника входного сигнала е_Г/2. Поскольку приращения сигналов между коллекторами обоих транзисторов суммируются, коэффициент усиления по дифференциальному выходу K_Uдблизок к значению K_Uдлятого же каскада [ см.(2.25), (2.134) ].

Как указывалось, схема дифференциального усилительного каскада допускает подачу входных сигналов одновременно на оба входа (см. рис. 2.33, б). Дифференциальное входное напряжение при сиг­налах U_вх1, U_вх2 неодинаковой полярности будет равно U_вх = U_вх1 + U_вх2, а дифференциальное выходное напряжение U_вых = K_Uд (U_вх1 + U_вх2).

При подаче на входы двух сигналов одинаковой полярности необ­ходимо учитывать возможность появления на выходах U_вых1, U_вых2 так называемой выходной синфазной ошибки. Она обусловливается наличием на обоих входах одинакового постоянного напряжения (постоянной составляющей), равного наименьшему из напряжений U_вх1, U_вх2. Если, например, U_вх1 > U_вх2, то напряжение U_вх1 можно рассматривать как синфазное напряжение Е_синф, приложенное одновременно к обоим входам, а разность U_вх1 — U_вх2 = е_Г – как дифференциальное входное напряжение между входами. При R_Г1 = R_Г2 =0 появление выходной синфазной ошибки можно показать на примере схемы рис. 2.36, а.

Рис. 2.36. Схема дифференциального каскада при наличии синфазного вход­ного напряжения (а); потенциальная диаграмма выходных цепей (б)

В дифференциальном каскаде рис. 2.36, а с идеальным источни­ком стабильного тока I_э при е_Г = 0 и общем напряжении Е_синфна­пряжение баланса U_бал = U_к1 = U_к2 не должно изменяться. Однако наличие синфазного напряжения Е_синфприводит к повыше­нию напряжения U_кэтранзис­тора Т₃ (см. рис. 2.33, а), ис­пользуемого в схеме в качестве источника стабильного тока, что при неидеальности источника вызывает некоторое уве­личение тока I_э. Это обусловливает положительные прира­щения токов эмиттера и кол­лектора транзисторов Т₁ и Т₂ и уменьшение на ΔU_бал напряжения баланса U_бал (рис. 2.36,б). При подаче синфазной э. д. с. отрицательной полярности уро­вень баланса увеличивается на ΔU_бал. При е_Г > 0 напряжения на коллекторах получают приращения относительно напряжения (U_бал ± ΔU_бал. Иными словами, ± ΔU_бал проявляется на выходах U_вых1, U_вых2 как величина синфазной ошибки при усилении. При одинаковых параметрах транзисторов Т₁, Т₂ наличие синфазной э. д. с. не вызывает появления синфазной ошибки на дифференциальном выходе каскада. Учет синфазных ошибок усиления важен в много­каскадных УПТ с дифференциальным каскадом на входе.

Синфазную ошибку усиления оценивают коэффициентом синфазной передачи каскада К_синф = ΔU_бал / Е_синф, который обычно много меньше единицы. Качество дифференциального каскада характеризуется отношением К_синф/ K_Uд, показы­вающим способность каскада различать малый дифференци­альный сигнал на фоне боль­шого синфазного напряжения. Выражение 201g (К_синф/ K_Uд) характеризует коэффи циент ослабления синфазного сигнала (КОСС) дифференциального каскада. В современных дифференциаль­ных усилительных каскадах ве­личина КОСС может составлять от —60 до —100 дБ.

Для дифференциальных усилительных каскадов, а также УПТ на их основе важным параметром является входное сопротивление. Сопротивление R_вх, равное сумме входных сопротивлений транзисторов Т₁, Т₂ (R_вх = 2r_вх) использовалось ранее при расчете входных токов [см. выражение (2.128)]. Величина R_вх определяет сопротивление нагрузки для источника входного сигнала, поэтому сопротивление R_вх целесообразно иметь возможно большим. Поскольку входная характеристика транзистора нелинейна (см. рис. 1.28, б), высокому входному сопротивлению будет соответствовать выбор малых базовых токов в режиме покоя (токов смещения) и соответствен­но малых токов I_э. При этом достижимые значения входного сопротивления составляют десятки и сотни килоом.

Существенное повышение (до десятков мегом) входного сопротивления дает выполнение дифференциального каскада на полевых транзисторах (рис. 2.38).

Рис. 2.38. Схема дифференциального каскада на полевых транзисторах

По принципу действия эта схема не отличается от схемы рис. 2.33, а. Аналогично выполняется источник стабильного суммарного тока истоков I_и. В настоящее время техника усиления электрических сигналов ба­зируется на интегральной электронике. Как известно, реактивные элементы трудны в интегральной реализации. Учитывая это, подав­ляющее большинство усилителей различного назначения выполняют на основе УПТ с непосредственной связью. По такому принципу, в частности, создают усилители звуковых частот, усилители высокой частоты, широкополосные и линейные импульсные усилители, узко­полосные (избирательные) усилители. На базе УПТ с непосредствен­ной связью выполняют также генераторы синусоидальных колебаний и многие импульсные схемы

Дата добавления: 2016-04-02 ; просмотров: 1917 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник