Дифференциальный усилитель

Параметрическая компенсация дрейфа нуля состоит в том, что возникающие под действием дестабилизирующих факторов изменения токов и напряжений в одних элементах и цепях компенсируются равными по величине и противоположными по знаку изменениями токов и напряжений в других элементах и цепях усилителя. Это достигается ис-пользованием усилительных каскадов, более сложных, чем каскад простейшего усилителя постоянного тока.

Одним из наиболее эффективных способов параметрической компенсации дрейфа нуля является применение балансных (мостовых) усилительных каскадов параллельного или последовательного типов. На практике широкое применение получила одна из разновидностей параллельно-балансного каскада, называемого дифференциальным усилителем (рис. 4.38).

Дифференциальный усилительный каскад можно представить как параллельное относительно источника питания соединение двух резисторных усилительных каскадов с общим резистором R 5 в эмиттерных цепях, работающих на общую нагрузку R_н. В результате такого соединения образуется «четырехплечный мост» (рис. 4.39), в одну из диагоналей которого включена нагрузка R_н, а в другую – источник питания Е_п. На рисунке R_{VT 1} и R_{VT 2} – выходные сопротивления соответственно транзисторов VT 1 и VT 2.

Полагая, что все плечи дифференциального усилителя одинаковы, можно заключить, что при u_{вх 1} = u_{вх 2} = 0 в выходных цепях протекают одинаковые токи I_{к 1} =I_{к 2}. В этом случае u_вых = U_{к 1} – U_{к 2} = 0. Любые изменения напряжения, параметров элементов и окружающей температуры, которые обычно вызывают дрейф нуля, приведут к одинаковым изменениям выходных токов I_{к 1} и I_{к 2}; в итоге выходное напряжение по-прежнему будет равно нулю.

Входные сигналы для этой схемы формируют равными по величине и противоположными по знаку. Под действием таких сигналов в цепях коллекторов протекают токи, равные по величине, но противоположные по направлению. В результате выходное напряжение будет равно алгебраической сумме

u_вых = U_{к 1} – U_{к 2} = K_{u 1} u_{вх 1} – K_{u 2} u_{вх 2} = K_u (u_{вх 1} – u_{вх 2}),

где K_{u 1} = K_u = K_u – коэффициенты усиления одного плеча усилителя.

Такой сигнал часто называют дифференциальным. Это обстоятельство и определило название схемы.

Следует заметить, что формирование входных сигналов одинаковой величины с противоположными знаками достаточно сложно. По этой причине ими пользуются значительно реже, чем ассиметричным сигналом. В последнем случае входной сигнал подается только на первый вход схемы (рис 4.38), а на вход транзистора VT 2 сигнал поступает с резистора R 5 через резистор R 8.

Высокая стабильность работы дифференциального усилителя постоянного тока может быть достигнута только при строгом равенстве параметров элементов каждого плеча схемы. В реальных условиях достичь такого практически не удается, несмотря на включение переменного балансировочного резистора R 4, с помощью которого осуществляется первоначальное симметрирование схемы. Отсутствие такой симметрии схемы приводит к тому, что дифференциальные усилители постоянного тока также обладают дрейфом нуля, однако его величина на один–два порядка меньше, чем в обычных усилителях постоянного тока.

Дата добавления: 2015-10-28