Режимы работы дифференциального усилителя

Дифференциальный усилитель (см. рисунок 2.1) усиливает разность входных сигналов, который называется дифференциальным сигналом. Его можно строить на биполярных и униполярных транзисторах. Он представляет собой параллельно-балансный каскад или сбалансированный мост. Строится на двух усилителях постоянного тока с общим эмиттерным сопротивлением R_э. Коллекторные нагрузки R_к1 = R_к2. Идентичные транзисторы VT₁ и VT₂ вместе с резисторами R_к1 и R_к2 представляют собой плечи моста, в одну диагональ которой включен источник питания Е_к, в другую – нагрузка R_н.

Питание каскада осуществляется от двух источников E_к = E_э, т.е. суммарное напряжение питания .

С помощью уменьшается потенциал эмиттеров VT₁ и VT₂ относительно общей точки, при этом отпадает необходимость согласования потенциалов.

На дискретных транзисторах трудно получить абсолютную симметрию, поэтому качественные ДУ строятся на интегральных микросхемах.

Рассмотрим возможные режимы работы ДУ:

а) режим покоя. Оба входа ДУ закорочены на землю, т.е. .

Напряжения база-эмиттер покоя равны минус U_э . В свою очередь напряжение на эмиттере равно

Следовательно, напряжение на базе .

Оба транзистора открыты, работают в активном режиме. Текут токи покоя . Они создают на R_к1 и R_к2 одинаковое падение напряжения, следовательно, . снимается с R_н .

Токи эмиттеров I_э1= I_э2; I_э = I_э1+ I_э2.

Достоинства схемы:

- не нужен источник компенсирующей ЭДС;

- уменьшается дрейф от нестабильности напряжения питания и от температурной нестабильности. Например, при увеличении напряжения питания Е_к или температуры окружающей среды приращения напряжения на коллекторах одинаковые по величине и по знаку, следовательно, Δ .

б) режим с входными сигналами. Рассмотрим три способа подачи сигнала:

1) сигнал е_с>0 подается между базами транзисторов (см. рисунок 2.2,а). Тогда , .

Приращения коллекторных токов 0< , приращения коллекторных напряжений 0> . Выходное напряжение .

Изменение тока коллектора вызывает изменение тока эмиттера 0< , общий ток эмиттера , следовательно, – ток эмиттера постоянный

На эмиттере нет приращения напряжения, U­_Э также постоянно. Т.е. имеет место стабилизация напряжения по постоянной составляющей, отсутствует обратная связь по переменной составляющей;

2) сигнал подается на одну из баз, а другая база заземлена (см. рисунок 2.2,б). Такой вход называется дифференциальным входом.

Увеличивается ток базы . Следовательно, увеличивается ток коллектора и ток эмиттера . Напряжение на коллекторе уменьшается. Сумма эмиттерных токов постоянна. Следовательно, , , . Выходное напряжение, как и в предыдущем случае ;

3) сигналы поданы на оба входа и от двух независимых источников (см. рисунок 2.2,в). Здесь справедлив принцип суперпозиции.

, где K – коэффициент усиления ДУ.