Дослідження диференційного підсилювача

1 Мета роботи: вивчення принципу роботи диференційного підсилювача та дослідження його характеристик на базі мікросхеми К118УД1Б.

2 Апаратура та прилади: ПЕОМ, програма Electronics Workbench

3 Схема дослідження:

Рисунок 1 - Схема диференційного підсилювача

4 Основні теоретичні положення

Диференційним підсилювачем (ДП) називається підсилювач, який працює по принципу збалансованої мостової схеми і підсилює різницю двох напруг.

Рисунок 2 - Схема з Рисунок 3 - Схема з симетричним Рисунок 4 - Схема з

симетричними входом і виходом входом і несиметричним виходом несиметричним входом

і симетричним виходом

Вхідні напруги подаються в базові кола транзисторів, а вихідна напруга знімається між колекторами транзисторів.

U_ВИХ = К_U (U_ВХ1 - U_ВХ2).

Якщо параметри транзисторів диференційного підсилювача рівні, і Rк=Rк₁=Rк₂ , то .

Вхідний опір диференційного підсилювача з симетричним входом дорівнює:

R_{ВХ Д} = 2 R_ВХОС = 2 h_11Е.

Його вихідний опір R_{ВИХ Д} ≈ 2 Rк.

Найважливішою властивістю ДП є здатність підсилення протифазних вхідних сигналів і значне послаблення синфазних вхідних сигналів.

На практиці повного усунення постійного рівня синфазного сигналу не відбувається тому, що параметри навіть інтегральних транзисторів і резисторів не можуть бути ідеально узгоджені між собою. Тому деяка частина вхідного синфазного сигналу також підсилюється, вносячи у вихідну диференційну напругу синфазну складову:

U_ВИХ = К_U (U_ВХ1 - U_ВХ2) + К_UСФ U_ВХСФ ,

де – коефіцієнт підсилення синфазної вхідної напруги;

U_ВХСФ =0,5(U_ВХ1 + U_ВХ2).

Коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу:

.

Чим більше значення коефіцієнта ослаблення синфазного сигналу К_{ОС СФ}, тим кращий диференційний підсилювач.

Коефіцієнт підсилення ДП залежить від способу підключення вхідного сигналу та навантаження:

1. вхідна напруга подається одночасно на обидва входи (симетричний вхід) і навантаження підключається між виходами VT1 і VT2 (симетричний вихід) (див.рис.1);

2. вхідна напруга подається на обидва входи, а навантаження підключається до одного з виходів схеми і до корпусу (несиметричний вихід) (рис.2);

3. вхідна напруга подається тільки на один із входів (несиметричний вхід), і навантаження підключене до виходу одного з транзисторів (рис.3).

Для кращого подавлення синфазної напруги (завади) необхідно включати великий опір в коло емітера. Резистор Rе » h_21Е - призначений для стабілізації емітерного струму. Струм через нього дорівнює:

І₀ = І_Е1 + І_Е2 ≈ І_К1 + І_К2

Опір резистора в колі емітера R_Е не можна брати дуже великим, тому що через емітерний опір протікає струм спокою обох транзисторів, і тоді він викликає велике падіння постійної складової напруги. Тому для подавлення синфазної складової напруги в якості емітерного резистора Rе використовують схеми генераторів стабільного струму (ГСС), які мають малий опір для постійної складової і великий опір для змінної складової струму (динамічний опір) (рис.1).

Опис досліджуваної мікросхеми К118УД1Б

Схема ДП з ГСС на базі мікросхеми К118УД1Б (рис.1) складається з диференційного каскаду на транзисторах VT1 і VT4 з колекторними навантаженнями R1, R5; генератора стабільного струму ГСС на транзисторі VT2; кола зміщення з резисторами R3, R4, R6 і транзистора VT3 у діодному включенні. Коло зміщення призначене для завдання режиму роботи ГСС і температурної стабілізації цього режиму.

Номінальна напруга живлення ІМС К118УД1Б U_ДЖ – мінус 6,3В та +6,3В.

Вхідний струм Івх = 10...20 мкА; R_ВХ = 3..6кОм; R_ВИХ =3...7кОм; R_Е = 50кОм; коефіцієнт передачі за струмом h_21Е = 600; h_21Е = 300; r_Е = 5кОм.

Коефіцієнт підсилення ДП прямо пропорційний струму ГСС, який у свою чергу залежить від струму у колі зміщення. Струм зміщення залежить від способу підключення виводів 8 і 11 кола зміщення.

Оптимальним режимом роботи ІМС є режим при заземленому виводі 11, тоді через коло зміщення протікає струм:

;

де U_{БЕ VT3} =0,7В.

Враховуючи приблизну рівність R2 і R4, можна вважати, що Ізм ≈ І₀ .

Для збільшення коефіцієнту підсилення схеми можна збільшити струм ГСС І₀ шляхом паралельного з'єднання опорів ІМС R3 і R6 (замкнути між собою виводи 8 і 12, вивід 11 заземлити).

Тоді струм зміщення становить: .