19) Дифференциальный усилитель постоянного тока. Синфазная помеха и способы ее подавления.

 

Радикальным средством уменьшения дрейфа УПТ является при­менение параллельно-балансных (дифферен­циальных) каскадов. Одна из наиболее распространенных схем дифференциальных усилительных каскадов представлена на рис. По этой схеме построены каскады, выпускаемые в виде отдельных микросхем; она исполь­зуется также во входных каскадах многих УПТ интегрального ис­полнения.

Дифференциальный усилительный каскад выполняют по принципу сбалансированного моста, два плеча которого образованы резисто­рами R_к1 и R_к2, а два других — транзисторами Т₁ и Т₂. Выходное напряжение  снимается между коллекторами транзисторов (т. е. с диагонали моста) или с коллекторов.

Дифференциальный каскад допускает подачу входных сигналов от двух источников (на оба входа U_вх1, U_вх2) или от одного источника входного сигнала. В последнем случае входной сиг­нал подается на базу одного из транзисторов или между обеими ба­зами.

 

Выход каскада со стороны коллектора транзистора Т₁ (U_вых1) является инвертирующим, а со стороны коллектора транзистора T₂ (U_вых2) — неинвертирующим. Сигнал, снимае­мый с обоих коллекторов, называется дифференциальным:

U_вых = U_к2 – U_к1 = ∆U_к2 + ∆U_к1 = 2∆U_к.

20) Дифференциальные усилительные каскады

 Одним из важнейших узлов аналоговой схемотехники является дифференциальный усилительный каскад.

Рис.5. Схема дифференциального каскада на биполярных транзисторах

 

Он содержит взаимно согласованную пару биполярных транзисторов, с резисторами R_к1 и R_к2.

В общую эмиттерную цепь включен источник тока J.

К базам транзисторов подключены источники напряжения Е1 и Е2 с одинаковыми внутренними сопротивлениями R_u.

В связи с симметрией плеч при подаче на базы транзисторов одинаковых сигналов U_б1 = U_б2 (на холостом ходу Е1 = Е2) U_вых = 0 и не зависит от величины входных сигналов. Такие сигналы называют синфазными. 

Определяем U_{вх. Сф.} = 0,5 (U_б1 + U_б2) или U_{вх. Сф.} = 0,5 (E1+E2)

Если U_б1   U_б2 , то сигнал называют дифференциальным

U_вх. = U_б1 - U_б2 или U_вх. = E1 - E2.

U_вых.в этом случае будет иметь величину и знак, определяемые величиной и знакомU_вх.. Таким образом, усилительный каскад чувствителен только к дифференциальному входному сигналу и нечувствителен к синфазному (помехи, тепловой дрейф, изменение напряжения источника питания и т.п.)

Рис. 6.

- передаточная U_вых. (U_вх.);

- входная DI_вх (U_вх.), где DI_вх= I_б1- I_б2 - разностный (дифференциальный) входной ток.

Здесь U_вх' - входной сигнал, приведенный к эмиттерам транзисторов (U_вх' = U_э1 - U_э2) (режим близок к холостому ходу)

  - коэффициент усиления;

 - входное сопротивление;

Если использовать транзисторы с большим b и малым током I (режим, близкий к холостому ходу), то можно считать , чтоU_вх' = Е_вх и r_вх= r_вх'.

Тогда:

1. К_u линейно зависит от тока;

2. U_{вых.Макс}/К_u = 2j_Т - константа, определяющая максимальную амплитуду U_вх, при которой передаточная характеристика может ещё считаться линейной.

Дифференциальный каскад на полевых транзисторах. В аналоговой схемотехнике чаще используются полевые транзисторы с управляющим p-n переходом. Их достоинства по сравнению с МДП:

- большая стабильность характеристики;

  - малый уровень собственных шумов.

В связи с тем, что  , то всегда обеспечивается режим холостого хода, т.е. U_вх= Е₁ - Е₂.

Отличия ДК на полевых транзисторах от ДК на биполярных:

1)   (у биполярных K_u~I); 2) с увеличением I расширяется диапазон допустимых амплитуд U_вх, при которых сохраняется приблизительная линейность передаточной характеристики.

Рис. 7. Схема дифференциального каскада на полевых транзисторах.

Во многих аналоговых ИС ДК используют только на входе устройства. Остальные каскады усиления или преобразования сигналов выполняют по однофазной схем (дифференциальные каскады с однофазным выходом). Примером таких ИС может служить операционный усилитель.

 Дифференциальные усилительные каскады хорошо работают тогда, когда общее эмиттерное сопротивление R3 имеет большее значение, однако это требует увеличения напряжения питания. [1]

Как построен дифференциальный усилительный каскад. [2]