Вопрос №1 Синфазные и дифференциальные сигналы, проходящие через дук

Наиболее распространенным и употребительным является дифференциальный усилительный каскад (ДУК), который имеет два входа, симметричных относительно общего провода (рис.9.1).

Свое название ДУК получил потому, что он усиливает не абсолютные значения входных напряжений U_ВХ1 и U_ВХ2, а их разность

, (9.1)

где К_U – коэффициент усиления ДУК,

U_ВХ1 – входное напряжение первого плеча,

U_ВХ2 – входное напряжение второго плеча,

U_ВЫХ1 – выходное напряжение первого плеча,

U_ВЫХ2 – выходное напряжение второго плеча.

U_ВЫХ1 U_ВЫХ2

U_ВХ1 U_ВХ2

I_Э

R_Э

Рис.9.1. Дифференциальный усилительный каскад

Принцип работы ДУК.

При анализе работы ДУК обычно пользуются понятием синфазного и противофазного (дифференциального) входного сигнала. Если на базы транзисторов VT₁ и VT₂ поступает одинаковый по величине и фазе сигнал, то он называется синфазным. Физической природой синфазного сигнала являются паразитные наводки, старение деталей, флуктуация питающих напряжений, влияние температуры − дрейф нуля.

Если фазы колебаний на базах транзисторов VT₁ и VT₂ отличаются друг от друга на 180 градусов, то сигнал называется дифференциальным. Под дифференциальным сигналом понимается полезный сигнал, который необходимо усилить.

При анализе работы ДУК при прохождении синфазного и противофазного сигнала учитывается равенство:

− номиналов резисторов Rк₁ = Rк₂ (рис.9.1),

− номиналов резисторов R₁ = R₂,

− параметров транзисторов VT₁ и VT₂.

Подача синфазного выходного сигнала вызовет одинаковые по абсолютной величине и знаку приращения эмиттерных и коллекторных токов транзисторов VT₁ и VT₂. В результате, потенциалы коллекторов VT₁ и VT₂ изменятся на одинаковую величину ( Uк₁ = Uк₂ = Uвых₁ = Uвых₂), а разность между ними не изменится. Это означает, что выходное напряжение каскада останется равным нулю, как и в исходном состоянии

, (9.2)

где К_Ucc − коэффициент усиления синфазного сигнала.

Иначе говоря, каскад «не реагирует» (по выходу) на синфазный сигнал. В то же время одинаковые приращения эмиттерных токов ( Iэ₁ = Iэ₂) транзисторов VT₁ и VT₂ вызовут на резисторе Rэ приращение напряжения, которое является напряжением ООС. Появление ООС приводит к уменьшению потенциалов коллекторов Uк₁= Uвых₁, Uк₂= Uвых₂ транзисторов VT₁ и VT₂ и подавлению синфазного сигнала (СС). Подавление СС будет тем сильнее, чем больше величина резистора Rэ.

При прохождении дифференциального сигнала (дс) токи каждого из транзисторов получат одинаковые по абсолютной величине, но разные по знаку, приращения

.

Коэффициент усиления дифференциального сигнала будет определяться следующим выражением:

. (9.3)

Изменение напряжения на резисторе R_Э при прохождении ДС не произойдет, так как ток I_Э, протекающий через резистор R_Э и равный сумме эмиттерных токов I_Э=I_Э1+I_Э2 транзисторов VT₁ и VT₂, не изменится.

Таким образом, схема ДУК усиливает дифференциальный сигнал и ослабляет синфазный сигнал. Следовательно, ДУК является устойчивой схемой по отношению к внешним воздействиям, в том числе и помехам, а также к флуктуациям питающего напряжения.

Выводы по 1-му вопросу:

1. Дифференциальный усилительный каскад усиливает дифференциальный (полезный) сигнал.

2. ДУК ослабляет синфазный сигнал, который является по своей природе «дрейфом» нуля – сигналом, который необходимо ослабить.