Электроника в вопросах и ответах

_{а — принципиальная схема; б — схема с дополнительными эмиттерными резисторами Rэ.}

На базы обоих транзисторов несимметрично подаются два напряжения u₁₁ и u₁₂. Выходное напряжение u₂представляет собой разность потенциалов, действующих на коллекторах транзисторов. Это напряжение симметрично. Дифференциальный усилитель используется для усиления только разности входных напряжений, а не самих входных напряжений.

Коэффициент усиления схемы, определяемый как отношение напряжения u₂ к разности u₁₂ — u₁₁, выражается, при допущении идентичности транзисторов, следующей формулой:

К_u~= — R_н/h_11б

Путем использования дополнительных эмиттерных резисторов R_э можно уменьшить чувствительность усиления к разбросу значений h_11б. В этом случае

К_u~= — R_н/h_11б + R_н ~= — R_р/R_э

причем последнее приближение справедливо, если R_э >> h_11б. Следует подчеркнуть, что усиление схемы полностью не зависит от сопротивления резистора R_F. Однако, с другой стороны, чем больше сопротивление, тем лучше коэффициент редукции суммарного сигнала на выходе схемы. В противоположность дифференциальному (разностному) сигналу суммарный сигнал является паразитным сигналом, зависящим от общей составляющей входного напряжения. Теоретически эта составляющая не появляется на выходе. В действительности из-за внутренней несимметрии схемы дифференциального усилителя составляющая существует. Для увеличения коэффициента редукции суммарного сигнала следовало бы увеличивать сопротивление резистора R_F. В реальных условиях это не всегда возможно. Поэтому вместо резистора R_F можно использовать дополнительный транзистор в схеме идеального генератора тока или источника с бесконечно большим внутренним сопротивлением (рис. 7.31, а). В этом случае практическое сопротивление резистора R_F равно выходному сопротивлению транзистора в схеме с ОБ

R_F ~= 1/h_22б

Дифференциальный усилитель может также работать и в других схемах управления по входам и отбора сигнала на выходе, на рис. 6.31, б представлена схема с одним несимметричным входом и симметричным выходом. Схема такого типа может быть использована в качестве симметрирующей схемы. Еще одна схема (рис. 7.31, в) служит для преобразования симметричного входного сигнала в несимметричный выходной сигнал. Эта схема характеризуется наличием двух входов и одного несимметричного выхода.

Рис. 7.31. Дифференциальные усилители с питанием от источника тока (а), с одним асимметричным входом и с симметричным выходом (б) и с двумя входами и асимметричным выходом (в)

Где применяют дифференциальные усилители?

Дифференциальные усилители нашли применение в технике интегральных микросхем при создании многокаскадных усилительных схем. Техника интегральных микросхем позволяет получать транзисторы и резисторы с очень хорошей воспроизводимостью. Благодаря этому сохраняется симметрия дифференциальных усилителей, являющаяся основой автоматической компенсации дрейфа, заключающейся в вычитании дрейфов двух симметричных трактов усиления. В этом случае проблема дрейфа имеет принципиальное значение, поскольку в интегральных микросхемах обычно применяется непосредственная связь последовательных каскадов дифференциальных усилителей. Этот вид связи устраняет проблему пропускания низких частот, связанную с конденсаторами связи. Использование конденсаторов с большой емкостью, а следовательно, и с большими геометрическими размерами свело бы на нет все преимущества малых габаритных размеров интегральных микросхем.

В интегральных микросхемах вместо резисторов R_F в эмиттерной цепи дифференциальных усилителей, которые показаны в схемах на рис. 7.30 и 7.31,б и в, обычно используется третий транзистор, как показано на рис. 7.31, а.

Кроме интегральных микросхем дифференциальные усилители на дискретных элементах нашли применение в качестве усилителей постоянного тока и симметрирующих усилителей. Их также широко используют в измерительных приборах для получения сигнала, пропорционального разности двух входных напряжений. Примером этого может служить использование дифференциальной схемы на входе современного осциллографа.

Что такое каскод?

Это усилитель, состоящий из двух ступеней, из которых первая работает в схеме с ОК или ОЭ, а вторая — в схеме с ОС или ОБ.

На рис. 7.32 показаны два варианта каскодной схемы.

Рис. 7.32. Ламповая (а) и транзисторная каскодные схемы (б)

Ламповый (триодный) вариант каскода часто использовался во входных каскадах широкополосных усилителей из-за своих полезных свойств. Нагрузкой первой ступени служит малое входное сопротивление ступени с общей сеткой, что благоприятно влияет на стабильность первой ступени.

Анализируя усиление этой схемы, можно прийти к выводу, что оно зависит только от параметров первой лампы и сопротивления нагрузки второй лампы К_u = S·Z_н. В общем случае можно утверждать, что каскод обладает усилительными достоинствами и стабильностью пентода и шумовыми свойствами триода. Малые шумы схемы являются следствием того, что на входе находится триод, характеризующийся малым эквивалентным шумовым сопротивлением. При большом значении крутизны S эквивалентное шумовое сопротивление может быть немного меньше, чем шумовое сопротивление пентода с такой же крутизной.

В транзисторной схеме большая часть усиления по току связана с первым каскадом, а шумы этого каскада превышают шумы каскада с ОБ. В результате этого в транзисторной схеме не наблюдаются выходные шумовые свойства, которыми характеризуется ламповый каскад. Именно поэтому каскодные схемы на транзисторах используются относительно редко.

На чем основана регулировка усиления и где она применяется?

Регулировка усиления является процессом, обеспечивающим постоянные условия работы отдельных каскадов усилителя. Если сигнал от источника, управляющего усилителем, велик, то существует возможность насыщения усилителя, причем это насыщение наступает в каскаде, в котором управляющий сигнал превышает максимально допустимый уровень возбуждения.

Регулировку усиления можно осуществить двумя способами: либо изменением крутизны S активного элемента, либо использованием делителя для управляющего сигнала. Для осуществления первого способа необходимы лампы или транзисторы с особыми характеристиками, крутизна которых зависит от выбора рабочей точки. Подавая на сетку или базу разное постоянное напряжение, можно изменить крутизну характеристики, а следовательно, и коэффициент усиления усилителя. Такой метод регулировки обычно используется в усилителях высокой частоты. Регулирующее напряжение вырабатывается схемой автоматической регулировки усиления (АРУ). В усилителях звуковых частот и широкополосных обычно применяют второй способ регулировки, основанный на делении управляющего сигнала. Такой способ регулировки осуществляют благодаря применению ступенчато го делителя напряжения или переменного резистора, расположенного в тракте усиления. Из-за шумов выбирается такая точка тракта, в которой уровень сигнала уже достаточно велик. В усилителях звуковых частот такой точкой является обычно выход предусилителя напряжения, который возбуждает выходной мощный каскад.