Понятие о дифференциальном каскаде

Очень сильно дрейф нуля можно уменьшить использованием балансных схем (рисунок 11), выходная цепь которых представляет собой схему сбалансированного моста, к одной диагонали (АВ) которого подключено питание, а с другой диагонали (СД) снимается выходное напряжение. Балансную схему можно получить параллельным включением двух идентичных (полностью симметричных) резисторных каскадов. При интегральном исполнении дифференциального каскада цепи смещения выносятся из микросхемы, но обеспечивается равенство напряжения смещения.

Синфазные сигналы – это сигналы, совпадающие по амплитуде, частоте и фазе (а, б, рисунок 12), а дифференциальные сигналы совпадающие по частоте и амплитуде, но сдвинутые по фазе на угол 180° (а, в).

Коэффициент усиления дифференциального усилителя:

При подаче на входыU_ВХ1 и U_ВХ2 синфазных сигналов, выходные напряжения U_ВЫХ1 и U_ВЫХ2 будут изменяться одинаково, а выходное напряжение U_ВЫХ будет равно нулю. На основании этого можно сделать вывод, что дифференциальный каскад подавляет синфазные сигналы.

Аналогично при подаче на входы U_ВХ1 и U_ВХ2 дифференциальных сигналов выходные напряжения U_ВЫХ=U_ВЫХ1-(-U_ВЫХ2)=2U_ВЫХ1=2U_ВЫХ2.

Эта особенность дифференциального каскада усиливать только дифференциальные и подавлять синфазные сигналы является очень важной и полезной, т.к. большинство видов помех и дрейф нуля являются синфазными сигналами.

Однако на практике плечи балансного каскада никогда не бывают абсолютно одинаковыми, и поэтому дрейф нуля не уничтожается полностью, а уничтожается тем сильнее, чем симметричнее схема.

В дифференциальном каскаде на резисторе R_Э создается последовательная отрицательная обратная связь по току. Ток I_Э=I_Э1+I_Э2. Для синфазных сигналов токи I_Э1 и I_Э2 текут в одном направлении и напряжение обратной связи для синфазных сигналов велико. Поэтому происходит подавление синфазных сигналов.

Так как дифференциальные сигналы сдвинуты на угол 180°, то напряжение обратной отрицательной связи стремится к нулю.

Выводы: 1. Для подавления синфазных сигналов и дрейфа нуля необходимо увеличивать сопротивление R_Э.

2. Чрезмерное увеличение сопротивления R_Э приведет к снижению коэффициента усиления дифференциальных сигналов, т.к. энергия источника питания будет перераспределяться между R_К, транзистором и R_Э.

3. Поэтому, вместо R_Э необходимо использовать изделие, обладающее малым сопротивлением постоянному току и большим сопротивлением переменному току (сигналу).

Это изделие в усилительной технике получило название генератор стабильного тока (ГСТ). Задача получения стабильного тока может быть решена в устройстве, в котором при изменении напряжения в широких пределах ток остается постоянным. Такие характеристики имеют биполярные транзисторы в активном режиме (рисунок 13).

Сопротивление постоянному току в точке А: , а переменному току:. Из графика видно, чтоi>>Δi. Следовательно, R_д>>R₀.

Простейшая схема ГСТ – обычная схема транзистора с ОЭ (рисунок 14). Для увеличения выходного сопротивления транзистора, в его цепь эмиттера вводится резисторR_Т с небольшим сопротивлением (сотни и тысячи Ом), повышающий вследствие вносимой отрицательной обратной связи входное сопротивление транзистора до нескольких сотен килом.

Для повышения термостабилизации в цепь делителя R_Д2 вводят диод. Термокомпенсация происходит следующим образом. При увеличении температуры генерация носителей в транзисторе возрастает, что может привести к увеличению тока i_ВЫХ. Но сопротивление диода VD1 уменьшается, напряжение на базе V_Б=I_ДЕЛ(R_VD1+R₁) уменьшается. Транзистор призакрывается и ток i_ВЫХ остается постоянным.