Балансные и дифференциальные каскады

Очень сильно дрейф нуля можно уменьшить использованием балансных схем, выходная цепь которых представляет собой схему сбалансированного моста, к одной диагонали которого под­водится питание, а с другой диагонали снимается выходное на­пряжение. Примерами балансных каскадов являются двухтакт­ный резисторный каскад и инверсный каскад собратной связью. В идеальных каскадах такого типа, имеющих совершенно одина­ковые усилительные элементы в обоих плечах схемы и одинаковые резисторы R в выходных цепях усилительных элементов, напря­жение питания оказывается полностью сбалансированным и в выходной цепи каскада отсутствует. При воздействии же на кас­кад каких-либо дестабилизирующих факторов (изменения темпе­ратуры, напряжения питания и т. д.) напряжение покоя на выход­ных электродах обоих усилительных элементов изменяется со­вершенно одинаково, схема по-прежнему остается сбалансирован­ной и напряжение дрейфа на выходе не появляется. Таким обра­зом, идеальный балансный каскад с совершенно одинаковыми! плечами схемы полностью компенсирует постоянную составляю­щую напряжения дрейфа. Однако на практике плечи балансного каскада никогда не бывают абсолютно одинаковыми, и поэтому дрейф не уничто­жается полностью, а уменьшается тем сильнее, чем симметричнее схема.

Наиболее распространенным и упо­требительным параллельным балансным каскадом является дифференциальный каскад, по схеме отличающийся от инверсного каскада с обратной связью лишь тем, что имеет два входа, симметричных от­носительно общего провода схемы (рис. 2).

Напряжение усиленного сигнала на выходе дифференциально­го каскада Uвых (между точками 3 и 4) равно его коэффициенту усиления Кд помноженному на разность напряжений сигналов, подводимых к его входам:

Свое название дифференциальный каскад получил потому, что он усиливает только дифференциальный (разностный) сигнал, т. е.разность напряжений сигнала между первым и вторым входами. Разность Uвх1—Uвх2 будет наибольшей в том случае, когда Uвх1 и Uвх2 имеют разные знаки, т. е. противоположны по фазе, так как при этом их абсолютные значения сложатся; такой входной сиг­нал называют дифференциальным входным сигналом. Если же Uвх1 и Uвх2 имеют одинаковую фазу, то сигнал называют синфаз­ным. При подаче на симметричный вход дифференциального кас­када (между точками 1 и 2) симметричного синфазного сигнала, у которого Uвх1 = Uвх2,разность Uвх1 и Uвх2 равна нулю и, как видно из выражения (8.4), напряжение сигнала на выходе сим­метричного дифференциального каскада (между точками 3 и 4) будет отсутствовать. Следовательно, совершенно симметричный дифференциальный каскад синфазный сигнал на выход пропус­кать не будет.

Особенность дифференциального каскада усиливать только дифференциальный сигнал и подавлять синфазный является очень важной и полезной, так как большинство видов помех явля­ется синфазными по отношению к цепям дифференциального кас­када, так же как и напряжение дрейфа обоих его плеч, а поэто­му дифференциальный каскад их сильно подавляет по отношению к полезному дифференциальному сигналу.

Для компенсации постоян­ной составляющей между вход­ными зажимами при несиммет­ричном источнике сигнала пи­тание дифференциальных кас­кадов часто осуществляют от источника питания со средней точкой или выводом, соединяемым с нижним (непотенциальным) концом источника сигнала (рис. 3). При работе дифференциального каскада на следующий обычный каскад с несимметричным входом усиленный сигнал с диф­ференциального каскада снимают c точек 2-0 или 3-0; в этих случаях компенсация дрейфа и подавление синфазных сигналов дифференциальным каскадом ослабляются и зависят только от ве­личины сопротивления R3 в общем проводе эмиттирующих элек­тродов, вводящего во входную цепь каскада последовательную от­рицательную обратную связь по току. Для симметричных входных сигналов (дифференциальных) эта обратная связь в каскаде от­сутствует, так как в этом случае текущий через R3 ток сигнала одного плеча компенсируется равным ему током сигнала другого плеча.

Рис. 3. Питание дифференциального каскада от двух источников или от одно­го источника со средней точкой

Дата добавления: 2015-08-20