26, Дифференциальный усилитель.

Он может быть составной частью операционного усилителя и может быть как самостоятельный усилитель.

Дифференциальный усилитель усиливает разность двух входных сигналов. Они подаются на два разных входа и их разность называется дифференциальным входным сигналом. Схематичное изображение дифференциального усилителя представлено на рисунке 4:

Рисунок 4. Схематичное изображение дифференциального усилителя

Выходной сигнал можно снимать как с каждого из выходов относительно земли, так и между выходами.

В операционном усилителе дифференциальные усилители включаются покаскадно для получения большого коэффициента усиления. К выходу дифференциального усилителя подключают систему сдвига уровня, чтобы преобразовать дифференциальный усилитель с двумя выходами в схему с несимметричным выходом. Схема дифференциального усилителя на дискретных элементах представлена на рисунке 5. Смещение задаётся следующим образом: как только подключаются e₁ и e₂, то задают рабочую точку, т.е. создаётся путь для базового тока первого и второго транзисторов, потом возникают коллекторные токи. Если e₁=e₂, то I_Б1=I_Б2, I_К1=I_К2, I_Э1=I_Э2. Если β достаточно большое, тот I_Б1 и I_Б2 можно пренебречь и тогда I_Э= I_К1+I_К2. Найдем I_Э:

Токам образом можно говорить о том, что часть схемы E_Э и R_Э – это источник тока.

Рисунок 5. Дифференциальный усилитель на дискретных элементах

Теперь рассмотрим выходную цепь:

Если ток эмиттера постоянен, то I_К1+I_К2=const.

Пусть e₁ увеличивается, тогда увеличится I_Б1, а значит и к увеличению I_К1. Но тогда уменьшится I_К2, т.к. VT2 начнёт закрываться, что и приведёт к уменьшению I_К2. Таким образом сумма I_К1+I_К2 останется постоянной и I_Э тоже. Аналогичный процесс происходит и при уменьшении I_К1.

Дифференциальное сопротивление:

Т.к. r_Э<<R_К то коэффициент усиления получается очень большим.

Дифференциальный усилитель со смещением от генератора постоянного тока.

Качество дифференциального усилителя характеризуется коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС или M_СФ).

Чем больше КОСС тем качественней дифференциальный усилитель, т.к. дифференциальный усилитель должен усиливать дифференциальный сигнал и подавлять синфазный. КОСС часто рассматривают в дБ. Усилитель хороших усилителей КОСС=100дБ. Условием хорошего ослабления синфазного сигнала является наличие хорошего источника тока, т.е. генератора стабильного тока. Усилитель с таким источником показан на рисунке 6.

Стабильный эмиттерный ток сообщает каскаду хорошее ослабление синфазного сигнала. Дифференциальный усилитель обладает КОСС если не пропускает синфазный сигнал на выход. Синфазное напряжение – это напряжение, возникающее одновременно на обоих входах. Пусть напряжение на входах увеличивается одновременно от 0 до 10мВ относительно земли. Это напряжение делает обе базы более положительными и ведет к увеличению обоих токов, но поскольку их сумма приблизительно равна току эмиттера, то ни один из коллекторных токов не увеличится и напряжение на выходах останется практически неизменным. Т.о. приложенное ко входу синфазное напряжение не усиливается и чем более стабильным будет ток эмиттера, тем лучше будет ослабление синфазного сигнала. В схеме, изображённой на рисунке 6, ток, проходящий через VT3 стабилен даже при изменении температуры. Смещение на базу VT3 подаётся от делителя, собранного из R₁, R₂, D₁, D₂. Диоды помогают поддерживать стабильность при изменении температуры. Ток I₁ подходит к узлу базы VT3 и делится на токи I_Б3 и I₂. Если температура увеличивается, то U_БЭ уменьшается со скоростью 25мВ/град. Это уменьшение вызывает увеличение падения напряжение на R_Э и тока I_Э, однако падение напряжения на D₁, и D₂ также уменьшается, в результате чего большая часть тока I₁ отводится в виде тока I₂, протекающего через D₁, и D₂. Это приводит к тому, что ток I_Б3 уменьшится, препятствуя сколь-нибудь значительному увеличению эмиттерного тока.

Рисунок 6. Усилитель с хорошим источником тока

Схема сдвига уровня.

На выходе операционного усилителя необходимо иметь потенциал, близкий к потенциалу земли и несимметричный выход. Это достигается использованием схем сдвига уровня (рисунок 7):

Рисунок 7. Схема сдвига уровня

Недостаток этой схемы – уменьшение коэффициента передачи до 2/3 от первоначального. Этот недостаток исправляется в следующей схеме (рисунок 8):

Рисунок 8. Улучшенная схема сдвиге уровня

Лучших результатов добиваются, используя источник тока на транзисторе VT2. Если потенциал базы транзистора VT1 увеличится под действием сигнала, то на VT1 будет падать меньшее напряжение, а на VT2 падение напряжения увеличится, вызывая отклонение потенциала на выходе в положительную сторону. Падение потенциала на R_А останется неизменным.

Усилитель мощности. Усилитель мощности работает в режиме класса B или AB.

Пример обозначения операционного усилителя: К140УД7

140 – серия;УД – операционный усилитель;7 – разновидность.

Модель усилителя (рисунок 10).

Рисунок 10. Модель операционного усилителя

В идеале k∞, U_ВХ по паспорту, R_ВХ=0…200Ом.

Усилитель без обратных связей не используется.