 |
Дифференциальный усилитель
|
|
|
|
В настоящее время наибольшее распространение получили УПТ на основе дифференциальных (параллельно-балансных или разностных) каскадов. Такие усилители просто реализуются в виде монолитных ИМС и широко выпускаются промышленностью (КТ118УД, КР198УТ1 и др.).
Любой ДУ выполняется по принципу сбалансированного моста, два плеча которого образованы резисторами Rк1 и Rк2, а два других — транзисторами VT1 и VT2. Сопротивление нагрузки Rн включено в диагональ моста. Резисторы цепи ПООСТ RОС1 и RОС2 обычно невелики или вообще отсутствуют, поэтому можно считать, что резистор Rэ подключен к эмиттерам транзисторов.
Двухполярное питание позволяет обойтись на входах (выходах) ДУ без мостовых схем за счет снижения потенциалов баз (коллекторов) до потенциала общей шины.
Рассмотрим работу ДУ для основного рабочего режима — дифференциального. За счет действия Uвх 1 транзистор VT1 приоткрывается, и его ток эмиттера получает приращение Δ Iэ 1, а за счет действия Uвх 2 транзистор VT2 призакрывается, и ток его эмиттера получает отрицательное приращение –Δ Iэ 2. Следовательно, результирующее приращение тока в цепи резистора Rэ при идеально симметричных плечах близко к нулю и, следовательно, ООС для дифференциального сигнала отсутствует.
При анализе ДУ выделяют два плеча, представляющие собой каскады с ОЭ, в общую цепь эмиттеров транзисторов которых включен общий резистор Rэ, которым и задается их общий ток.
ДУ отличает малый дрейф нуля, большой коэффициент усиления дифференциального (противофазного) сигнала KU диф и большой коэффициент подавления синфазных помех, т.е. малый коэффициент передачи синфазного сигнала KU сф.
Для обеспечения качественного выполнения этих функций необходимо выполнить два основных требования. Первое из них состоит в обеспечении симметрии обоих плеч ДУ. Второе требование состоит в обеспечении глубокой ООС для синфазного сигнала. В качестве синфазного сигнала для ДУ выступают помехи, наводки, поступающие на входы в фазе. Поскольку Rэ создает глубокую ПООСТ для обоих плеч ДУ, то для синфазного сигнала будет наблюдаться значительное уменьшение коэффициентов передачи каскадов с ОЭ, образующих эти плечи.
|
|
|
Коэффициент усиления каждого плеча для синфазного сигнала можно представить как K 0 ОС каскада с ОЭ при глубокой ООС.
Для оценки подавления синфазного сигнала вводят коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС), равный отношению модулей коэффициентов передач дифференциального и синфазного сигналов. Увеличение КОСС возможно путем уменьшения разброса номиналов резисторов в цепях коллекторов (в монолитных ИМС — не более 3%) и путем увеличения Rэ. Однако увеличение Rэ требует увеличения напряжения источника питания (что неизбежно приведет к увеличению рассеиваемой тепловой мощности в ДУ), и не всегда возможно из-за технологических трудностей реализации резисторов больших номиналов в монолитных ИМС. Решить эту проблему позволяет использование электронного эквивалента резистора большого номинала, которым является источник стабильного тока (ИСТ), варианты схем которого приведены на рисунке 5.6.
Рисунок 5.6. ИСТ на БТ и ПТ
ИСТ подключается вместо Rэ (см. рисунок 5.5), а заданный ток и термостабильность обеспечивают элементы R1, R2, Rэ и VD1 (рисунок 5.6а), и R1 (рисунок 5.6б). Для реальных условий ИСТ представляет собой эквивалент сопротивления для изменяющегося сигнала номиналом до единиц мегом, а в режиме покоя — порядка единиц килоом, что делает ДУ экономичным по питанию.
Использование ИСТ позволяет реализовать ДУ в виде экономичной ИМС, с КОСС порядка 100 дБ.
|
|
|
При использовании ПТ характер построения ДУ не меняется, следует только учитывать особенности питания и термостабилизации ПТ.
Схемы включения ДУ
Можно выделить четыре схемы включения ДУ: симметричный вход и выход, несимметричный вход и симметричный выход, симметричный вход и несимметричный выход, несимметричный вход и выход.
Схема включения ДУ симметричный вход и выход приведена на рисунке 5.7 и применяется при каскадировании ДУ.
Рисунок 5.7. Схема включения ДУ «симметричный вход и выход»
Схема включения ДУ несимметричный вход и симметричный выход
Схема включения ДУ симметричный вход и несимметричный выход приведена на рисунке 5.8.
Рисунок 5.8. Схема включения ДУ «симметричный вход — несимметричный выход»
Такая схема включения ДУ применяется в случае необходимости перехода от симметричного источника сигнала (либо симметричного тракта передачи) к несимметричной нагрузке (несимметричному тракту передачи). Дифференциальный коэффициент усиления при таком включении будет равен половине KU диф при симметричной нагрузке. Вместо резисторов Rк в ДУ часто используют транзисторы, выполняющие функции динамических нагрузок. В рассматриваемом варианте включения ДУ целесообразно использовать в качестве динамической нагрузки так называемое токовое зеркало, образованное транзисторами VT3 и VT4 (рисунок 5.9).
Рисунок 5.9. Схема ДУ с токовым зеркалом
При подаче на базу транзистора VT1 положительной полуволны гармонического сигнала Uвх 1, в цепи транзистора VT3 (включенного по схеме диода) возникает приращение тока Δ Iк 1. За счет этого тока возникает приращение напряжения между базой и эмиттером VT3, которое является приращением входного напряжения для транзистора VT4. Таким образом, в цепи коллектор-эмиттер VT4 возникает приращение тока, практически равное Δ Iк 1, поскольку в ДУ плечи симметричны. В рассматриваемый момент времени на базу транзистора VT2 подается отрицательная полуволна входного гармонического сигнала Uвх 2. Следовательно, в цепи его коллектора появилось отрицательное приращение тока Δ Iк 2. При этом приращение тока нагрузки ДУ равно Δ Iк 1+Δ Iк 2, т.е. ДУ с отражателем тока обеспечивает большее усиление дифференциального сигнала. Необходимо также отметить, что для рассматриваемого варианта ДУ в режиме покоя ток нагрузки равен нулю.
|
|
|
При несимметричном входе и выходе работа ДУ в принципе не отличается от случая несимметричный вход — симметричный выход. В зависимости от того, с какого плеча снимается выходной сигнал, возможно получение синфазного или противофазного выходного сигнала, как это получается в фазоинверсном каскаде на основе ДУ.
|
|
|
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ДИАГНОЗ
Дифференциальный диагноз
Дифференциальный диагноз
Дифференциальный диагноз
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ДИАГНОЗ
Дифференциальный диагноз
Дифференциальный диагноз
Дифференциальный диагноз кетоацидотической и
Дифференциальный диагноз наиболее частых форм задержки роста
Дифференциальный диагноз узлового зоба, хронического лимфоцитарного тиреоидита, подострого вирусного тиреоидита
