Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах

Схема дифференциального усилителя представлена на рис. 2.36. Как и при анализе операционного усилителя, при рассмотрении дифференциального усилителя широко используют дифференциальное входное напряжение ^ивх.диф ^и синфазное входное напряжение и_вхстф. Эти понятия при обращении к операционному усилителю используют потому, что в качестве его входного каскада применяется дифференциальный усилитель. Дифференциальное входное напряжение определяется выражением ^ивх.диф ~ ^ивх2 ~ ^ивх\ ■ Пусть и_вхМф = 0, тогда и_вхстф = и_вх1 = и_вх2. Напряжение и_вых^_иф называют выходным дифференциальным сигналом, причем и_вых_ _диф = и_кХ — и_к1.

Основная идея, реализованная в дифференциальном каскаде, как это было показано выше, состоит в использовании в одном целом двух совершенно одинаковых половин. Эта идея достаточно часто применяется в электронике.

Использование двух одинаковых половин приводит к тому, что выходное напряжение ч_вых.диф очень слабо зависит от входного синфазного напряжения и практически

определяется только напряжением и_вхдиф. Усилитель называют дифференциальным потому, что и_{вых диф} пропорционально напряжению и_вх^_иф (пропорционально разности напряжений u_exi и и_вх2)- Другие дестабилизирующие факторы, кроме синфазного напряжения, также оказывают слабое влияние на величину и_выхдиф.

Если увеличилась температура и возросли тепловые токи Г_ко1 и Г_ко2 соответственно транзисторов Т, и Т₂, то из-за изменения напряжений u_RK] и u_RK2 на резисторах R_Kl и Rfa изменяются напряжения и_К1 и м_и. Если сопротивления Rxi и RjQ равны, а изменения токов Г_ко1 и Г_ко2 оди­наковы, то напряжение и_выхдиф не изменится.

Допустим, что ток /₀ является неизменным, а схема полностью симметрична и и_диф = О, тогда i_Ki = i_K2 ~ -^-, так как ток коллектора каждого транзистора примерно равен току эмиттера. В случае изменения входного синфазного сигнала токи /_к1 и /_к2 не изменяются и поэтому не изменяются напряжения и_кХ и и_к2, не говоря уже о напряжении ^ивых.диф- В соответствии с этим в реальных усилителях вместо резистора R₃ и источника напряжения Е_э часто для ослабления влияния синфазного сигнала используют ту или иную схему на транзисторах, которая выполняет функцию источника тока. Эту схему при анализе обычно заменяют источником тока (на рис. 2.36 пунктир).

В интегральных схемах области полупроводника, соответствующие транзисторам, располагают очень близко друг от друга. Поэтому параметры транзисторов оказываются очень близкими, что обеспечивает симметрию дифференциального усилителя.