Дифференциальный усилитель, усилительный каскад - схемы. Усиление разности сигналов. Требования, свойства, характеристики. Расчет

Схемы и характеристики дифференциальных усилителей на дискретных элементах и на операционном усилителе (10+)

Дифференциальный усилитель

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Нередко бывает необходимо усилить разность напряжений или токов сигналов. Причем сам уровень сигнала не должен оказывать влияние на результат. Идеальный дифференциальный усилитель решает именно эту задачу. При этом он имеет бесконечно высокое входное сопротивление (не нагружает источники сигналов) - если мы усиливаем разность напряжений, или наоборот нулевое входное сопротивление - если мы хотим усилить разность силы токов. Выходное сопротивление их равно нулю, если мы хотим на выходе получить напряжение, пропорциональное разнице входных сигналов, или бесконечности, если нам на выходе нужна сила тока.

Реальные схемы в той или иной степени стараются приблизиться к идеалу. Но они имеют конечное входное и выходное сопротивление. Синфазный входной сигнал все же оказывает некоторое небольшое влияние на выходной. У реальных дифференциальных усилителей есть ограничения по амплитуде входного сигнала, по выходной мощности. Они обладают некоторой нелинейностью и асимметрией (при равных значениях входного напряжения выходное не равно нулю). Традиционно такие усилители строятся, как усилители напряжения, а если необходимо работать с силой тока, то применяются преобразователи ток => напряжение.

На транзисторах

В приведенной схеме применяются биполярные транзисторы с максимально близкими характеристиками. Сопротивления резисторов R2 и R3 равны. На входы такого усилителя можно подавать положительное напряжение.

[Минимально допустимое входное напряжение, В] = [Сопротивление резистора R2, кОм] * [Сила тока источника тока, мА] / 2 + [Напряжение насыщения эмиттерного перехода транзистора, В]

Для получения этой формулы мы рассматриваем худший с точки зрения минимального напряжения случай, когда на оба входа подано одинаковое минимальное напряжение.

[Максимально допустимое входное напряжение, В] = [Напряжение питания, В] - [Сопротивление резистора R1, кОм] * [Сила тока источника тока, мА]

Для получения этой формулы мы рассматриваем худший с точки зрения максимального напряжения случай, когда на вход 2 подано напряжение, много большее, чем на вход 1.

Работает схема так. Так как в эмиттерной цепи транзисторов включен источник тока, то весь заданный им ток должен распределиться между транзисторами. Падение напряжения на резисторах R2 и R3 соответствует распределению тока между плечами. Но с другой стороны падение напряжения на этих резисторах задается входными сигналами (если пренебречь напряжением насыщения эмиттерных переходов транзисторов). Таким образом, разница силы тока в плечах пропорциональна разнице входных напряжений.

На выходе при равных входных напряжениях формируется некоторое начальное выходное напряжение.

[Начальное выходное напряжение, В] = [Напряжение питания, В] - [Сопротивление резистора R1, кОм] * [Сила тока источника тока, мА] / 2

Пренебрежем током базы, тогда

[Отклонение выходного напряжения от начального, В] = ([Сопротивление резистора R1, кОм] / [Сопротивление резистора R2, кОм]) * ([Входное напряжение на входе 1, В] - [Входное напряжение на входе 2, В]) / 2

[Выходное сопротивление схемы, кОм] = [Сопротивление R1, кОм]

[Входное сопротивление схемы, кОм] = ([Сопротивление R2, кОм] + [Сопротивление R3, кОм]) * [Коэффициент передачи тока транзисторов]

Если нам необходимо получить на выходе два противоположных сигнала, то в коллекторную цепь первого транзистора тоже можно включить резистор, равный R1, и снять второй сигнал с коллектора первого транзистора. Если нужно очень высокое усиление по напряжению, но не требуется низкое выходное сопротивление, то нагрузкой транзисторов делается токовое зеркало, которое обладает практически бесконечным сопротивлением для разности токов, но практически нулевым сопротивлением для токов синфазных.

(читать дальше...) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.