информационный портал по вопросам биомедицинской инженерии

Сейчас на сайте 0 пользователей и 0 гостей.

Вход в систему

аватар: Ба-хуссейн Абдулазиз

Ба-хуссейн А.А. БМП-109

дифференциальные усилители:

Дифференциальным усилителем (ДУ) называется УПТ, выходной сигнал которого пропорционален разности входных сигналов.
Очевидно, что в идеальном ДУ при равенстве сигналов на входах ДУ его выходной сигнал равен нулю.
Схема ДУ представляет собой симметричный мост (рис. 1а, 1б схема замещения):

 
Рис. 1. Дифференциальный усилитель (а) и эквивалентная схема (б)

При отсутствии входного сигнала мост сбалансирован (находится в равновесии), поэтому выходное напряжение на Rн, включенном в диагональ моста, равно 0. Входное напряжение на базах транзисторов всегда в противофазе. Если на левой входной клемме +, а на правой – то по мере увеличения Uвх ток Iк1 увеличивается, а ток Iк2 уменьшается, равновесие нарушается и через нагрузку течет уравнительный ток, пропорциональный разности между двумя входами. При этом источник сигнала д. б. симметричен относительно общего провода (земли).

Удобство таких схем ещё в том, что они позволяют использовать в любых сочетаниях несимметричные или симметричные вход и выход. Так, если заземлить один из входов, то полученная схема с несимметричным входом и симметричным выходом. Если исключить (закоротить) один из коллекторных резисторов, то получится схема с симметричным входом.
Коэффициент усиления ДУ, равный отношению выходного напряжения к разности напряжений на входах при идентичных транзисторах:

Такие ДУ часто выполняются в сочетании с транзисторным генератором тока (вместо резистора R3), что компенсируют дрейф нуля более чем в 10 раз (см. микросхему ОУ К140УД1, рис. 1).
Одно из главных применений ДУ – в качестве входных каскадов операционных усилителей, часто выполняемых на основе интегральных схем.

Схема дифференциального усилителя содержит два транзи­стора, у которых эмиттеры соединены непосредственным обра­зом (рис. 2, aj. К общей точке объединенных эмиттеров под­ключен резистор Я3- Схема имеет два входа и два выхода.
К достоинствам дифференциального усилителя можно отне­сти большую полосу пропускания, высокую стабильность работы и широкий диапазон применений. Дифференциальный усилитель можно использовать как смеситель для гетеродинирования нескольких сигналов, как ограничитель для ограничения макси­мальной и минимальной величин сигнала, в качестве модуля­тора, а также умножителя частот сигнала. Поскольку такой уси­литель имеет мало компонентов (отсутствуют конденсаторы и индуктивности), он широко используется в интегральных мик­росхемах и часто входит в состав операционных усилителей, описанных в разд. 2.2.


Рис. 2. Схемы дифференциальных усилителей.
Возможны несколько вариантов использования этой схемы. В первом варианте (рис. 2. а) сигнал поступает только на один из входов (при этом второй вход может быть заземлен). Поэтому, если сигнал поступает на вход транзистора Т1то уси­ленный сигнал появится на коллекторе этого транзистора. Как и з схеме с общим эмиттером, входное и выходное напряжения сдвинуты по фазе на 180°. Изменения сигнального тока, проте­кающего через резистор R3приводят к незначительному изме­нению падения напряжения на нем. Так как токи обоих тран­зисторов T1 и Т2протекают через резистор R3то ток транзи­стора Т2 также будет меняться в соответствии с изменением то­ка транзистора Т1.
Если, например, на базу транзистора Т1 поступает положи­тельная полуволна входного сигнала, то прямое напряжение на эмиттерном переходе возрастет и ток коллектора транзистора Т1увеличится. Поэтому падение напряжения на R1 также увели­чится и потенциал коллектора станет менее положительным. Это изменение падения напряжения представляет собой отри­цательный сигнал, и, следовательно, между входным и выход­ным напряжениями образуется сдвиг фаз в 180°.
Увеличение тока транзистора Т1 вызовет увеличение (хотя и небольшое) тока через резистор R3и приведет к небольшому возрастанию потенциала объединенных эмиттеров. В резуль-1ате прямое напряжение на эмиттерном переходе транзистора Т2 уменьшится и ток через Т2 также уменьшится, что вызовет уменьшение падения напряжения на резисторе R2Коллектор транзистора Т2 становится более положительным, т. е. на нем появляется сигнал, находящийся в противофазе с сигналом на коллекторе T1. Таким образом, данный усилитель представляет собой парафазный усилитель.
Если выходной сигнал снимается с коллектора транзистора T1то схема представляет собой однотактный инвертирующий усилитель. Если же выходной сигнал снимается с коллектора Т2то схему можно рассматривать как однотактный неинверти­рующий усилитель.
Сигнал можно подавать на две базы (рис. 2); в этом случае вход схемы называютдифференциальным [При любой конфигурации схем, показанных на рис. 2, снимаемый сиг­нал пропорционален разности потенциалов на входах усилителя, т. е. разно­стному (дифференциальному) сигналу. — Прим. ред.]. Выходной сигнал (рис. 2, в) можно снимать с коллектора транзистора Тили Т2а также с обоих коллекторов для получения симмет­ричного выхода относительно земли.
Важной характеристикой дифференциального усилителя яв­ляется характеристика передачи напряжения при действии синфазного сигнала одновременно на оба входа. Если на вход усилителя поступают сигналы помехи, такие, как пульсации источника питания, сигналы наводки, обусловленные влиянием паразитных связей, излучения и т. д., то такие сигналы нахо­дятся в фазе на обоих входах, так что на эмиттерном резисто­ре RZ действует разностный сигнал. Синфазные сигналы взаим­но ослабляются, не оказывая заметного воздействия на полез­ный усиливаемый сигнал. По этой причине дифференциальный усилитель мало чувствителен к наводкам переменного тока. Когда такие наводки появляются на обоих входах одновре­менно, они взаимно подавляются.
Лучшие характеристики дифференциального усилителя по­лучаются на хорошо подобранной паре транзисторов и коллек­торных резисторов. Наилучшей стабильности и оптимальных характеристик можно достичь, если увеличить величину сопро­тивления общего резистора в цепи эмиттера, поскольку в этом случае этот элемент ведет себя как источник постоянного тока с большим внутренним сопротивлением. В результате ослабля­ется связь между входными и выходными цепями транзисторов. Однако при этом вследствие большого падения напряжения на Rз необходимо значительно увеличить напряжение источника питания.
Для улучшения характеристик можно использовать отдель­ный источник тока. Характеристики усилителя тем лучше, чем выше внутреннее сопротивление источника тока. Если в схеме на рис. 2, а высокое значение сопротивления источника тока получают путем увеличения R3, то в схеме на рис. 2, г этого достигают другим способом. В последнем случае используют дополнительные транзистор и резистор. В схеме на рис2, г, соответствующей схеме транзистора с ОБ, выходное сопротив­ление для постоянного тока в коллекторной цепи транзистора Г3 весьма велико — значительно больше R3Это позволяет уменьшить величину сопротивления Rzв результате чего умень­шаются падение напряжения и рассеиваемая мощность на R3а также потребляемая мощность по сравнению с аналогичны­ми параметрами для схемы на рис. 2, а.
Известны другие, более .совершенные схемы построения ис­точников постоянного тока. В этих схемах вместо резистора R4 применяют диод со специально подобранными характеристика­ми, который способен компенсировать изменение смещения транзистора , вызываемое нестабильностью температуры.

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <img> <table> <td> <tr> <hr> <div> <span> <h1> <h2> <h3> <h4> <h5> <h6> <p> <pre> <adress> <center>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

4 + 13 =
Решите эту простую математическую задачу и введите результат. Например, для 1+3, введите 4.

Комментарии