ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Дифференциальные усилители (ДУ) на биполярных и полевых транзисторах отличаются от балансных усили­телей, доказанных на рис. 7.4, наличием двух несимметрич­ных входов (рис. 7.6).

При поступлении на входы ДУ парафазных напряже­ний ивх1 = ивх/2 и ивх2 = –ивх/2 работа ДУ не отличается от работы усилителя параллельного баланса. При этом резистор RЭне является элементом ООС, и напряжения на несимметричных выходах оказываются равными:

,

 

Рис. 7.6. Схемы дифференциальных усилителей на биполярных (а) и полевых (б) транзисторах

а на симметричном выходе

.

При поступлении на входы ДУ синфазных сигналов ивх1 = ивх2 = ивх изменения токов i1 и i2 равны и по значе­нию и по знаку, а изменение напряжения на резисторе RЭ

.

Таким образом, для синфазных входных напряжений ре­зистор RЭ является элементом ООС, и каждое плечо ДУ можно представить в виде, показанном на рис. 7.7.

 

Рис. 7.7. Эквивалентная схема одного'' плеча ДУ для синфязных сигналов

 

Коэффициент усиления каждого плеча можно определить по формуле

,

где Ки = SR — коэффициент усиления плеча без учета действия ООС; β = иос/ивык — коэффициент передачи цепи ООС; R — эквивалентное сопротивление выходной цепи усилителя, определяемое выражением (7.4).

Подставив значения Ки и β в выражение для коэффи­циента усиления одного плеча, получим

. (7.5)

Обычно Rвых » R1 и Rвых » R2, поэтому можно считать, что R = R1 = R2 = RК. Тогда выражение (7.5) примет вид

, (7.6)

где RК и RЭ— сопротивления резисторов в коллекторных и эмиттерных цепях соответственно.

При входных синфазных сигналах потенциалы кол­лекторов изменяются одинаково, поэтому напряжение на симметричном выходе ивых = 0.

Обычно синфазные сигналы представляют собой сигна­лы помехи, поэтому желательно иметь Кисф = 0. Уменьше­ние Кисфдостигается, как это видно из (7.6), увеличением сопротивления резистора RЭ.

В большинстве случаев входные сигналы не являются чисто синфазными или противофазными, а содержат оди­наковую (синфазную ивх.сф) и отличающуюся (дифферен­циальную ивх.диф = ивх1 – ивх2) части, как показано на рис. 7.8. В таком случае сигналы, действующие на входах

Рис. 7.8. Представление входных сигна­лов в виде дифференциальных и син­фазных составляющих

ДУ, можно представить математически в следующей фор­ме:

,

 

В каждом плече синфазная составляющая будет усили­ваться с коэффициентом Кисф = —RK/2RЭ,адифферен­циальная — с коэффициентом Ки = — SRK, так что

, (7.7)

, (7.8)

. (7.9)

Выражения (7.7), (7.8) и (7.9) показывают, что в ДУ с полностью симметричными плечами синфазный сигнал по симметричному выходу полностью подавляется, а вы­ходное напряжение пропорционально разности входных напряжений, т. е. их дифференциальной части.

Выходные напряжения по несимметричным выходам, кроме полезной дифференциальной составляющей, со­держат и синфазную составляющую.

Важным параметром ДУ является коэффициент ослаб­ления синфазного сигнала Кос.сф. который определяется отношением

, (7.10)

Данное выражение показывает, что для увеличения Кос.сф. необходимо увеличить RЭ. Однако повышение сопротив­ления резистора RЭсопровождается увеличением падения напряжения на нем и требует увеличения напряжения источника питания. Поэтому вместо резистора RЭчасто включают генератор стабильного тока (ГСТ), обладаю­щий большим динамическим и малым статическим сопро­тивлениями.