Дифференциальный усилитель постоянного тока. Принципы построения.

Схема дифференциального каскада требует применения близких по параметрам транзисторов T1, Т₂ и равенства сопротивлений R_к1 R_к2 (рис- 2.33,). Благодаря этому при входных сигналах, равных нулю, достигается баланс моста, напряжения на коллекторах обоих транзисторов равны и выходное напряжение, снимаемое с диагонали, U_вых = U_вых1 — U_вых2 = 0. Высокая стабильность схемы в отношении изменения напряжения питания, температуры и прочих факторов объясняется тем, что при одинаковом дрейфе по обоим усилительным каналам каскада напряжения на коллекторах изменяются на одну и ту же величину и дрейф на выходе каскада отсутствует. В реальных условиях за счет существующего разброса параметров транзисторов (например, β и Iк₀(э)) или их неодинакового изменения во времени некоторый дрейф в каскаде все же имеется. Однако он существенно меньше, чем в схеме непосредственного УПТ, поскольку величина дрейфа здесь определяется разностным дрейфом двух близких по параметрам усилительных каналов. Идентичность параметров транзисторов Т1 и T₂ легко достигается при интегральном (микросхемном) исполнении, когда их изготовление осуществляется в едином технологическом процессе на общем кристалле полупроводника.

Таким образом, для рассматриваемого способа передачи входного сигнала выход каскада со стороны коллектора транзистора T1(U_ВЫХ1) является инвертирующим, а со стороны коллектора транзистора T₂ (U_ВЫХ2) —неинвертирующим. Сигнал, снимаемый с обоих коллекторов, называется дифференциальным:

U_вых = U_к2 – U_к1 = ∆U_к2 + ∆U_к1 = 2∆U_к.

Как указывалось, схема дифференциального усилительного каскада допускает подачу входных сигналов одновременно на оба входа (рис. 2.33,в). Дифференциальное входное напряжение при сигналах U_вх1, U_вх2 неодинаковой полярности будет равно U_вх=U_вх1 + U_вх2, а дифференциальное выходное напряжение U_вых =K_Uд(U_вх1+ U_вх2)

Представляет интерес также подключение входных напряжений одинаковой полярности, т. е. двух совпадающих по фазе (синфазных) сигналов. Дифференциальный каскад позволяет решать часто встречающуюся на практике задачу сравнения с высокой степенью точности значений напряжений входных сигналов или увеличения их разности. Это, в частности, объясняет название «дифференциальный каскад». При наличии двух синфазных входных сигналов дифференциальное выходное напряжение пропорционально разности:

U_вх1 – U_вх2 (2.135)

U_вых = K_uд(U_вх1 – U_вх2)

При подаче на входы двух сигналов одинаковой полярности необходимо учитывать возможность появления на выходах U_вых1, U_вых2 так называемой выходной синфазной ошибки. Она обусловливается наличием на обоих входах одинакового постоянного напряжения (постоянной составляющей), равного наименьшему из напряжений U_вх1, U_вх2. Если, например, U_вх1 > U_вх2, то напряжение U_вх1 можно рассматривать как синфазное напряжение E_синф приложенное одновременно к обоим входам, а разность U_вх1- U_вх2=e_г — как дифференциальное входное напряжение между входами. При R_г1 = R_г2 = 0 появление выходной синфазной ошибки можно показать на примере схемы рис. 2.36, а.