20 Дифференциальные усилители.

Дифференциальные усилители (ДУ) позволяют получить высокую стабильность, малый уровень внутренних шумов и напряжение дрейфа, широкую полосу пропускания и высокий коэффициент усиления. Принципиальная схема ДУ строится на основе балансного усилителя постоянного тока, рис.16.1. Рис 16.1. Дифференциальный усилитель Схема ДУ может быть использована в различных вариантах: с симметричным выходом и несимметричным входом, с симметричным входом и несимметричным выходом. Наилучшие показатели имеет схема ДУ с симметричным входом и выходом, приведенная на рис.16.1 Общее напряжение входа U_вх между 1-2 клеммами определяется U_вх=U_вх1-U_вх2, соответственно U_вых=U_вых1–U_вых2=K_д(U_вх1–U_вх2) будет наибольшим в том случае, когда на вход поступают равные по амплитуде и противоположные по фазе напряжения, поскольку при этом их абсолютные значения складываются. Такой входной сигнал называют дифференциальным. Если U_вх1 и U_вх2 имеют одинаковую фазу, то такой сигнал называют синфазным. Дифференциальный каскад усиливает разность входных сигналов U_вх=U_вх1–U_вх2. Коэффициент усиления для дифференциального сигнала при симметричном выходе можно выразить:  (16.1) Характерной чертой дифференциального каскада является его нечувствительность к синфазному сигналу. При равенстве U_вх1= U_вх2 разность входных сигналов U_вх=U_вx1-U_вх2 равна нулю. Поэтому выходное напряжение должно быть также равным нулю. Однако за счет некоторой асимметрии имеет место передача синфазного сигнала с коэффициентом передачи  (16.2) Важным параметром ДУ является отношение коэффициента усиления дифференциального сигнала к коэффициенту передачи синфазного сигнала  (16.3)

Этот параметр называется коэффициентом дискриминации или ослабления синфазных сигналов и для современных ДУ задается в пределах 60-120 дБ. Особенность дифференциального каскада усиливать только дифференциальный сигнал и подавлять синфазный является очень важной, т.к. все виды помех, в т.ч. и дрейф нуля, являются синфазными. Подавление синфазных сигналов в ДУ объясняется тем, что для этих сигналов за счет падения напряжения на сопротивлении в цепи эмиттеров R_э в схеме возникает ООС по току, что уменьшает величину К_сф. Для дифференциального сигнала ООС в каскаде отсутствует, т.к. в этом случае текущий через R_э ток сигнала одного плеча компенсируется равным ему током сигнала другого плеча. Глубина ООС для синфазных сигналов равна 1+2У₂₁R_э. Для повышения глубины ООС, улучшающей свойства ДУ, следует увеличивать сопротивление R_э. Однако чрезмерное увеличение R_э невозможно по двум причинам. Во-первых, при этом возрастает падение напряжения на нем, т.к. через R_э протекают постоянные составляющие токов обоих транзисторов. Во-вторых, в интегральном исполнении получение больших сопротивлений связано с большими технологическими затруднениями. Таким образом, чрезмерное увеличение R_э потребовало бы увеличения питающего напряжения. По этим причинам в современных ДУ вместо активного сопротивления R_э используют стабилизаторы тока на транзисторе V3, рис. 16.2, у которого сопротивление переменной составляющей R_ во много раз больше сопротивления по постоянному току R₌.

21. Многокаскадные усилители, структурные схемы.

Усилители, состоящие из нескольких каскадов, предназначенные для увеличения коэффициента усиления, называют многокаскадными усилителями. Связь между усилительными ячейками многокаскадного усилителя осуществляется различными способами: • вход последующего усилительного каскада соединяется с выходом предыдущего с помощью резисторов – непосредственная (гальваническая) связь; • вход последующего усилительного каскада соединяется с выходом предыдущего через конденсатор связи Сс и резистор Rс включенные параллельно входу последующего усилительного каскада – реостатно-емкостная связь.

22. Искажения в многокаскадных усилителях.

Коэффициент усиления усилителя можно определить, исходя из

структурной схемы (рис.1):

Кобщ = Uвых/Uвх = (Uвых/Un-1) … (U3/U2)(U2/Uвх)=KnKn-1…K2K1 или

Kобщ = K1K2…Kn ef((1+(2+…+(n)

где K1,…, Kn – коэффициенты усиления каскадов, (1,…, (n – фазовые сдвиги,

вносимые каждым усилительным каскадом.

Таким образом, для многокаскадного усилителя общий коэффициент

усиления равен произведению коэффициентов усиления каждого каскада.

Суммарный фазовый сдвиг, вносимый усилителем, равен сумме фазовых сдвигов

каждого каскада. Сквозной коэффициент усиления

Kобщ = kвхKобщ

где kвх=Zвх/(Zг + Zвх) – коэффициент передачи входной цепи. Если

коэффициент усиления отдельных каскадов выразить в логарифмических

единицах, то общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя будет

равен сумме коэффициентов

Kобщ[дб] = K1[дб] + … + Kn[дб]