43. Диференціальний підсилювач на біполярних транзисторах. Работа 4.1 Дифференциальные усилители на биполярных транзисторах

В современной радиоэлектронике широкое применение находят дифференциальные (разностные) усилители. Дифференциальный усилитель (ДУ) представляет симметричную схему с двумя входами и двумя выходами (рис. 4.1.1). Вход, обозначенный символом «+», называют неинвертирующим. Вход, обозначенный символом «–», называют инвертирующим. Поскольку схема имеет два выхода, в качестве выходного можно использовать напряжения  ,   или их разность  . В последнем случае выход дифференциального усилителя называют симметричным.

Рис. 4.1.1

Сигналы на входе дифференциального усилителя представляют в виде суммы дифференциальной исинфазной составляющих:

;

.

Из последних равенств следует, что дифференциальный сигнал равен разности входных напряжений:

, (4.1.1)

а синфазный – их полусумме:

. (4.1.2)

В соответствии с (4.1.1) и (4.1.2) источник сигнала на входе дифференциального усилителя можно представить эквивалентной схемой, показанной на рис. 4.1.2.  Различают коэффициенты усиления дифференциального и синфазного сигналов:

;

.

Рис. 4.1.2

Важное свойство дифференциального усилителя заключается в том, что он усиливает дифференциальные и ослабляет синфазные составляющие сигнала. Одним из главных параметров дифференциального усилителя является коэффициент ослабления синфазного сигнала, который показывает, во сколько раз коэффициент усиления дифференциального сигнала больше коэффициента синфазного сигнала:

.

Дифференциальные усилители находят широкое применение в аналоговых интегральных схемах: операционных усилителях, аналоговых перемножителях, компараторах и т. д. Это объясняется следующими причинами.

1. ДУ эффективно подавляет синфазные составляющие сигнала, которые как правило являются помехами.

2. ДУ не требуют включения развязывающих конденсаторов.

3. Работа дифференциальных усилителей основана на идентичности параметров элементов, входящих в его состав. Это легко обеспечивается в интегральных схемах, где элементы расположены на одном кристалле на расстоянии нескольких микрон друг от друга.

44. Операційні підсилювачі, схеми їх включення.

Операційний підсилювач (ОП) – це підсилювач напруги з безпосередніми зв'язками між каскадами, який має великий коефіцієнт підсилення, малий рівень шумів, великий вхідний опір, малий вихідний опір і широку смугу одиничного підсилення. ОП є підсилювачем постійного струму (ППС), оскільки здатний підсилювати постійну напругу. Назву «Операційний підсилювач» було дано спочатку підсилювачам з великим коефіцієнтом підсилення, розробленим для виконання математичних операцій складання, віднімання, множення й ділення. В даний час інтегральні ОП використовуються для створення різних функціональних вузлів.

Операційний підсилювач має два входи: інвертуючий і неінвертуючий. На рис. 6.1, а і б інвертуючий вхід позначений кружечком. Обидва входи називають диференціальним (або різницевим). Оскільки вхідний каскад ОП є диференціальним, вихідна напруга ОП U_вихзалежить від різниці напруг

U_вхд = U_вх2 – U_вх1, (6.1)

U_вхд називається диференціальним вхідним сигналом.

Умовні позначення операційного підсилювача наведено на рис. 6.1.

Якщо U_вх2 >U_вх1, то полярність вихідного сигналу співпадає з полярністю сигналу U_вх2 (сигнал не інвертується). Якщо U_вх1 >U_вх2, то полярність вихідного сигналу протилежна полярності сигналу U_вх1 (сигнал інвертується). Формула (4.1) справедлива також для випадку, коли або U_вх2 = 0, або U_вх1 = 0.

Рис.6.1. Умовні позначення операційного підсилювача

а – згідно ЄСКД; б – за функціональною ознакою (підсилювач)

Операційний підсилювач не чутливий до синфазної складової вхідних сигналів, яка дорівнює

U_вхс = (U_вх2 + U_вх1). (6.2)

Тому коефіцієнт підсилення ОП визначається тільки для диференціального вхідного сигналу

K_ОП = . (6.3)

Напруги U_вх1, U_вх2 і U_вихвідлічуються відносно корпусу.

Операційний підсилювач має один вихід і два виводи для підключення джерела живлення: +Е_ж1, –Е_ж2. Для ОП використовується, як правило, симетричне (відносно корпусу) джерело живлення (Е_ж), як показано на рис. 6.2.

Рис. .6.2. Симетричне джерело живлення

Таке живлення називають двополярним, може використовуватися також несиметричне (однополярне) живлення.

Виводи, що служать для підключення кіл корекції нуля ОП, позначаються символами NC, а для підключення елементів частотної корекції – символами FC.

Якщо аналізуються характеристики і параметри пристроїв на операційних підсилювачах для сигналу, звичайно використовують спрощене позначення ОП: виведення кіл живлення і корекції не показують.

Операційний підсилювач за своїми характеристиками і параметрами наближається до «ідеального» підсилювача.

Параметри ідеального ОП:

1. нескінченний коефіцієнт підсилення напруги (K_ОП);

2. нескінченний повний вхідний опір (Z_вхОП );

3. нульовий повний вихідний опір (Z_вихОП = 0);

4. рівна нулю вихідна напруга U_вих = 0 при рівних напругах на обох входах U_вх2 = U_вх1;

5. нескінченна ширина смуги пропускання (відсутність затримки при проходженні сигналу через підсилювач).

На практиці жодна з цих властивостей не може бути здійснена повністю, проте до них можна наблизитися з достатньою точністю для багатьох застосувань.