Дифференциальные усилители

Практически во всех схемах УПТ между соседними усилительными каскадами используют непосредственную (гальваническую) связь, что вызывает эффект дрейфа нуля – самопроизвольное изменение выходного сигнала при отсутствии входного сигнала. Даже небольшое изменение постоянного тока транзистора в первом каскаде УПТ создает приращения напряжения на его выходе, которое затем усиливается другими каскадами и выделяется на нагрузке как полезный сигнал.

Дрейф нуля практически отсутствует в схемах параллельно-балансных УПТ, называемых дифференциальными усилителями (ДУ). Интегральные ДУ строятся по принципу уравновешенного моста (рис. 3.18), образованного идентичными транзисторами VT1, VT2 и резисторами , (отметим, что в интегральных схемах роль резисторов выполняют динамические сопротивления – определенным образом включенные транзисторы).

В одну диагональ моста введены два источника питания и источник стабильного тока . Источник стабильного тока создает в общей цепи эмиттеров транзисторов неизменный суммарный ток =const. При отсутствии входных сигналов мост уравновешен, и выходное напряжение усилительного каскада .

Дифференциальный усилитель не усиливает (подавляет) синфазные сигналы. Пусть на оба входа ДУ подаются одинаковые (синфазные) сигналы. При одновременном увеличении или уменьшении амплитуд синфазных сигналов на входах усилителя коллекторные токи обоих транзисторов и напряжения на их коллекторах изменяются соответственно на одни и те же величины. Выходное же напряжение , определяемое разностью коллекторных напряжений транзисторов, будет по-прежнему равным нулю.

ДУ усиливает дифференциал (разность) сигналов на входах. Пусть сигнал на входе получил положительное приращение, а сигнал на входе -равное, но отрицательное приращение. В этом случае коллекторный ток транзистора VT1 увеличится, а коллекторный ток транзистора VT2 уменьшится точно на такую де величину. Соответствующим образом изменятся и потенциалы на коллекторах транзисторов, что приведет к изменению напряжения на выходе ДУ.

Пусть выходной сигнал в схеме рис. 3.18 снимается с выхода , входной сигнал подключен к входу , а вход заземлен. При подаче на вход положительного приращения усиливаемого напряжения увеличатся коллекторный ток и падение напряжения на резисторе . Выходное (коллекторное) напряжение при этом уменьшится и окажется в противофазе с входным. Поэтому вход по отношению к выходу называют инвертирующим.

Теперь допустим, что входной сигнал подается на вход , а вход дифференциального усилителя заземлен. При увеличении входного сигнала возрастает ток эмиттера транзистора VT1, а ток эмиттера транзистора VT2 уменьшится (ведь ). При этом ток коллектора транзистора VT2 и падение напряжения на сопротивлении уменьшатся, а выходное напряжение увеличится. Таким образом, выходное напряжение оказалось в фазе со входным , вследствие чего вход является неинвертирующим для выходного сигнала.

ДУ применяют для сравнения с высокой точностью значений двух напряжений или усиления их разности. Это, в частности, объясняет название “дифференциальный” усилитель.