ELECTRON

Дифференциальные усилители (ДУ). Другое название их - параллель­но-балансные каскады.

Принцип работы балансной схемы можно пояснить на примере четы­рехплечевого моста схема которого представлена на рис.1.20. Если выполняется условие R₁R₃ = R₂R₄, т.е. мост сбалансирован, то в наг­рузочном резисторе R_н ток равен нулю. Баланс не нарушится и в том случае, если будет изменяться напряжение Е.

На рис.1.21 представлена схема простейшего дифференциального каскада, которая аналогична схеме рис.1.20, если резисторы R₂ и R₃ заменить транзисторами Т₁ и Т₂ и считать, что R₁ = R_к1, а R₄ = R_к2. Сопротивления резисторов R_к1 и R_к2 выбирают равными, а транзисторы Т₁ и Т₂ с идентичными характеристиками. В этом случае схема симмет­рична.

В отсутствие сигнала напряжение на выходе U_вых12 равно нулю. Поскольку схема симметрична, всякое одновременное изменение харак­теристик транзисторов (за счет изменения температуры или из-за ста­рения) вызовет одинаковое изменение токов в обоих плечах, поэтому разбаланса схемы не произойдет и дрейф выходного напряжения будет практически равен нулю.

Рассмотрим, как изменится состояние схемы при подаче на входы 1 и 2 сигналов: равных по значению и синфазных; равных по значению и противофазных (дифференциальных).

На вход ДУ поданы синфазные сигналы. Потенциалы баз транзисторов изменятся на одну величину. Ток через резистор R_э поровну распреде­лится между плечами ДУ, и потенциалы коллекторов изменятся на одно и то же значение. Напряжение на выходе будет равно нулю. Таким об­разом, идеальный ДУ не пропускает на выход синфазный сигнал.

На вход ДУ поданы дифференциальные сигналы. Входное напряжение U_вх12 между точками 1 и 2 будет равно разности этих сигналов. Пос­кольку схема симметрична, половина этого входного напряжения будет приложена к эмиттерному переходу одного транзистора (со знаком плюс), а другая половина - к эмиттерному переходу другого транзис­тора (со знаком минус). В результате этого приращения токов в пле­чах схемы будут одинаковы, но с разными знаками. Потенциал коллек­тора одного транзистора увеличится, а другого уменьшится на одно и то же значение. На выходе ДУ между точками а и б появится выходное напряжение. Таким образом, дифференциальный сигнал, поданный на вход ДУ, вызывает появление усиленного сигнала на выходе.

В идеальных ДУ за счет подавления синфазного сигнала дрейфа нуля не существует, в реальных ДУ он присутствует, но очень незначителен по сравнению с дифференциальным (полезным) сигналом.

Качество ДУ оценивают коэффициентом подавления синфазного сигна­ла К_псс = К_Д/К_С, где К_Д - коэффициент усиления дифференциального сигнала; К_С - коэффициент усиления синфазного сигнала. ДУ считается хорошим, если К_псс > 10⁴ - 10⁵.

Поскольку в основе работы ДУ лежит идеальная симметричность его плеч, а выполнить это практически возможно только при микроэлект­ронном исполнении, наиболее широко ДУ используются в интегральных микросхемах.

39