Дифференциальные каскады усилителей постоянного тока
Лек9
Операционные усилители.
Дифференциальные каскады усилителей постоянного тока.
Основой ОУ является дифференциальный каскад - параллельный балансный УПТ, обеспечивающий наименьший дрейф выходного напряжения. Параллельный балансный УПТ представляет собой двухтактный линейный усилитель с двумя идентичными плечами, работающими на общую нагрузку. Упрощенная схема такого усилителя приведена на рисунке:
Особенности схемы:
- два источника питания, необходимые для симметричного уси-ления разнополярных сигналав;
- сопротивление нагрузки не имеет вывода, соединенного с об-щим проводом;
- общий резистор по эмиттерному току (Rэ0);
- два входа относительно общего провода;
- дифференциальный вход – между первым и вторым входами;
- симметричность схемы, обеспечивающая равенство между со-бой токов и напряжений начального режима.
Малый дрейф выходного напряжения объясняется несколькими причинами: симметричность схемы, в результате чего разность кол-лекторных напряжений в начальном режиме весьма мала; ООС по эмиттерному току уменьшает изменения коллекторных напряжений в результате дрейфа и, следовательно, уменьшает сам дрейф.
В рабочем режиме входной сигнал может подаваться на любой вход, однако балансный УПТ всегда усиливает дифференциальный сигнал. Поскольку в силу симметричности схемы приращения начальных токов равны между собой и противоположны по знаку, то ООС по входному сигналу остается неизменной.
Вход дифференциального усилителя, сигнал с которого воспроиз-водится на выходе с обратным знаком (или фазой, если сигнал переменный), называется инвертирующим. Вход дифференциаль-ного усилителя, сигнал с которого воспроизводится на выходе с тем же знаком (или фазой, если сигнал переменный), называется неин-вертирующим.
Возможен случай, когда на оба входа подаются одинаковые по величине и знаку (фазе) сигналы и на объединенный таким образом вход подается входной сигнал, который называется синфазным. Причиной появления синфазного сигнала могут быть внешние элек-тромагнитные наводки (помехи), кроме того, синфазная составляю-щая может быть в составе входных сигналов, одновременно дейст-вующих на обоих входах усилителя.
Рассмотрим влияние синфазного сигнала на дрейф балансного УПТ. По определению синфазный сигнал вызывает одинаковые приращения токов и напряжений в обоих транзисторах. Кроме того, приращения эмиттерных токов транзисторов одинаковы по знаку и общий эмиттерный ток увеличивается, создавая более глубокую ООС, эффективно подавляющую возникающие изменения коллек-торных напряжений.
Таким образом, балансный УПТ не усиливает, а подавляет син-фазный сигнал благодаря симметричности схемы и действию ООС. Изменения условий внешней среды (например, колебания темпера-туры) приводят к точно таким же процессам в схеме дифференци-ального усилителя, что и синфазный сигнал, поэтому иногда эти влияния называют синфазной помехой.