15.2. Дифференциальные усилители постоянного тока

В настоящее время наибольшее распространение получили УПТ на основе дифференциальных каскадов. Такие усилители просто реализуются в виде монолитных ИМС и широко выпускаются промышленностью (КТ118УД, КР198УТ1 и др.). Дифференциальный каскад представляет собой симметричный усилитель параллельного баланса. Использование симметричных схем в усилительных каскадах позволяет решать многие задачи, связанные с производственными допусками на параметры элементов и другими технологическими проблемами, в том числе и с дрейфом нуля. Принципиальная схема такого усилителя приведена на рис. 15.4.

Рис.15.4. Принципиальная схема дифференциального УПТ

Схема дифференциального усилителя УПТ состоит из двух каналов усиления. Выходное напряжение представляет собой разность выходных напряжений двух каналов усиления. Таким образом, при условии симметрии плеч усилителя удается уменьшить напряжение дрейфа УПТ.

Пусть на усилитель действует некоторый дестабилизирующее воздействие (непостоянство напряжение питания, изменение температуры окружающей среды и др.). В этом случае выходное напряжение на выходе каждого из каналов изменяется одинаково:

(15.5)

Поскольку выходное напряжение равно разности выходных напряжений двух каналов, то при условии идентичности плеч имеем:

(15.6)

Из формулы (15.6) следует, что при подачи на вход дифференциального усилителя синфазных сигналов усилитель не только не усилит их, но и ослабит. Поэтому для дифференциального УПТ вводится понятие ослабления синфазных сигналов . Чем больше коэффициент ослабления синфазных сигналов, тем меньше напряжение дрейфа. Для хорошей дифференциальной пары .

При общей эмиттерной нагрузке обоих активных элементов усиление увеличивается в два раза. Напряжение на общем сопротивлении в цепи эмиттера , вызванное изменением входного напряжения на базе транзистора VT1, оказывается противофазным для транзистора VT2.

Поскольку идентичность двух плеч усиления обеспечить сложно, то включают дополнительное подстроечное сопротивление в цепи эмиттера транзисторов. Схема включения подстроечного сопротивления приведены на рис. 15.5.

Рис.15.5 Схема включения подстроечного сопротивления

Дальнейшее уменьшение напряжение дрейфа требует применение специальных схем. Назначение этих схем состоит в стабилизации тока эмиттеров транзисторов VT1 и VT2, чем достигается стабильность рабочих точек транзисторов. В качестве таких схем используют генераторы стабильного тока (ГСТ), которые включают в эмиттерную цепь транзисторов. В качестве ГСТ часто используют схему «токовое зеркало» рис. 15.6.

Рис. 15.6. Принципиальная схема токового зеркала

Самым стабильным элементом является сопротивление. Класс точности этого элемента является достаточно высоким. На этом и основан принцип работы схемы токового зеркала. Требуется стабилизировать ток .

Необходимым и достаточным условием работы схемы является большое значение крутизны транзистора:

(15.7)

При выполнении условия током базы можно пренебречь, по сравнению с токами коллектора и эмиттера транзистора, при этом:

(15.8)

Если допустить, что напряжения и одинаковы, то

(15.9)

Таким образом, если стабилен, то будет стабилен и ток .

Вместо диода в схемах токового зеркала часто используют транзистор в диодном включении.