Дифференциальные усилители
2.18. Дифференциальные усилители
Дифференциальный усилитель
Дифференциальные усилители [1] ДУ являются одними из наиболее часто применяемых изделий микроэлектроники в радиолюбительской практике. Основная задача ДУ — получить на выходе напряжение, пропорциональное лишь разности потенциалов на входах ДУ и не зависящее от их абсолютного значения, от изменения напряжения питания, температуры окружающей среды и других факторов, то есть Выражение выходного напряжения не содержит постоянной составляющей входного напряжения, и теоретически ДУ не усиливает общий синфазный для обоих входов сигнал, так как постоянный уровень подавляется в результате вычитания и не будет влиять на выходное напряжение. Однако практически полного подавления постоянного уровня добиться трудно. Напряжение на выходе зависит в некоторой степени от синфазных входных напряжений. Это происходит из-за того, что параметры даже интегральных транзисторов и резисторов не могут быть идеально согласованы. Поэтому выражение для выходного напряжения ДУ примет вид:. Коэффициент усиления напряжения — основной параметр ДУ. В зависимости от способа подключения нагрузки различают плечевой и дифференциальный коэффициенты усиления напряжения. Если нагрузка подключается к одному из выходов схемы и корпусу несимметричное подключение нагрузки , то реализуется плечевой коэффициент усиления напряжения:. При подключении нагрузки между выходами симметричное подключение нагрузки реализуется дифференциальный коэффициент усиления напряжения, который равен сумме двух плечевых коэффициентов усиления напряжения:. Одним из показателей качества ДУ является коэффициент ослабления синфазного входного напряжения, который определяется выражением. Простейшая принципиальная схема ДУ приведена на рис. Усилитель состоит из дифференциального каскада, выполненного на транзисторах T1 и Т2 с нагрузочными резисторами R2 и R4. Базы транзисторов являются входами усилителя, а выходное напряжение снимается с одного из коллекторов транзисторов Т1, Т2 несимметричное подключение нагрузки либо нагрузка включается между коллекторами двух транзисторов симметричное подключение нагрузки. Сумма токов, протекающих через эмиттеры транзисторов Т1, Т2, не зависит от напряжений на входах усилителя, а целиком определяется режимом генератора стабильного тока ГСТ , выполненного на транзисторе Т3 R1, R3 служат для задания режима работы ГСТ, а Д1 — для температурной стабилизации рабочей точки ГСТ:. Если при изменении напряжения питания усилителя или при изменении температуры потенциалы на входах ДУ изменяются на одну и ту же величину синфазно , то это не окажет практического влияния на выходной сигнал, так как токи в цепях коллекторов не изменят своего значения. При появлении на входах ДУ разности потенциалов дифференциальный сигнал ток ГСТ будет перераспределяться между транзисторами Т1 и Т2 следующим образом:. Приведенные выражения описывают передаточные характеристики ДУ, типовые графики которых приведены на рис. В реальных микросхемах в силу неидентичности параметров транзисторов дифференциальной пары Т1, Т2 и резисторов R2 и R4 потенциалы коллекторов будут несколько различаться. Для балансировки выравнивания потенциалов коллекторов с заданной точностью на вход ДУ подают напряжение смещения U см. Напряжения на входах ДУ вызывают токи I вх1 по входу 1 и I вх2 по входу 2. Эти токи могут быть разные как по абсолютной величине, так и по знаку. Средний входной ток определяют как. Параметры U см , I вх с изменением температуры, напряжений питания и других факторов изменяют свои значения дрейфуют. Чем больше значения параметров и их дрейфов больше, тем несовершенней дифференциальный усилитель. Значения этих параметров определяют чувствительность ДУ — соизмеримый с ней входной сигнал не может быть различим. На этом участке коэффициент усиления при несимметричной нагрузке равен:. Дальнейшее увеличение входного напряжения не изменяет распределения токов транзисторов T1 и T2. Благодаря наличию участков насыщения на передаточных характеристиках ДУ может быть использован для построения схем ограничителя, триггера Шмитта, мультивибраторов. Схема ГСТ обеспечивает возможность регулирования коэффициента усиления ДУ путем изменения тока ГСТ при подаче управляющею напряжения на базу транзистора Т3. Изменение точка ГСТ приводит к изменению крутизны вольт-амперной характеристики S BA дифференциального каскада. При этом выходные токи ДУ будут зависеть как от входного напряжения, так и от изменения тока ГСТ. Следовательно, ДУ может использоваться как множительное устройство и применяться для построения схем смесителей и умножителей частоты, модуляции и детектирования. Так как сопротивления коллекторных цепей транзисторов Т1 и T2 являются сравнительно большими, то это позволяет строить на основе ДУ генераторы и формирователи токов и напряжения. Все эти свойства интегрального ДУ, а также возможность каскадирования по постоянному току позволили использовать его как универсальный базовый элемент для построения сложных аналоговых ИМС, в связи с чем ДУ выпускаются как в виде кристаллов для гибридных аналоговых микросхем, так и в виде конструктивно законченных ИМС, основные из которых представлены ниже. Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники. Микросхемы [ п ]. Дифференциальные усилители [ п ] КУД1 КУВ2 КУВ4 КУТ1 КУН1. Операционные усилители Дифференциальные усилители Усилители низкой частоты Усилители промежуточной частоты Усилители высокой частоты Стабилизаторы напряжения непрерывные. Навигация Просмотры Статья Обсуждение Править История. Персональные инструменты Вы не представились системе Обсуждение Вклад Создать учётную запись Войти. Навигация Заглавная страница Свежие правки Форум Справка. Разделы Микросхемы Серия AD Серия BA Серия LA Серия TDA Журналы Радио Радиоконcтруктор. Дифференциальные усилители [ п ]. КУД1 КУВ2 КУВ4 КУТ1 КУН1.
Сколько варится вареньеиз клубники
Менделеева 138 уфа на карте
Сколько стоит килограмм пищевого алюминия
Дифференциальный усилитель - это широко известная схема, используемая для усиления разности напряжений двух входных сигналов. В идеальном случае выходной сигнал не зависит от уровня каждого из входных сигналов, а определяется только их разностью. Когда уровни сигналов на обоих входах изменяются одновременно, то такое изменение входного сигнала называют синфазным. Дифференциальный или разностный входной сигнал называют еще нормальным или полезным. Хороший дифференциальный усилитель обладает высоким коэффициентом ослабления синфазного сигнала КОСС , который представляет собой отношение выходного полезного сигнала к выходному синфазному сигналу, при условии что полезный и синфазный входные сигналы имеют одинаковую амплитуду. Обычно КОСС определяют в децибелах. Диапазон изменения синфазного входного сигнала задает допустимые уровни напряжения, относительно которого должен изменяться входной сигнал. Дифференциальные усилители используют в тех случаях, когда слабые сигналы можно потерять на фоне шумов. Дифференциальный усилитель на приемном конце восстанавливает первоначальный сигнал, если синфазные помехи не очень велики. Дифференциальные каскады широко используют при построении операционных усилителей, которые мы рассматриваем ниже. Они играют важную роль при разработке усилителей постоянного тока которые усиливают частоты вплоть до постоянного тока, то есть не используют для межкаскадной связи конденсаторы: Выходное напряжение измеряется на одном из коллекторов относительно потенциала земли; такой усилитель называют схемой с однополюсным выходом или разностным усилителем и он распространен наиболее широко. Этот усилитель можно рассматривать как устройство, которое усиливает дифференциальный сигнал и преобразует его в несимметричный сигнал, с которым могут работать обычные схемы повторители напряжения, источники тока и т. Если же нужен дифференциальный сигнал, то его снимают между коллекторами. Чему равен коэффициент усиления этой схемы? До тех пор пока оба транзистора находятся в активном режиме, потенциал точки А фиксирован. Коэффициент усиления можно определить как и в случае усилителя на одном транзисторе, если заметить, что входной сигнал оказывается дважды приложенным к переходу база-эмиттер любого транзистора: Сопротивление резистора R э обычно невелико Ом и меньше , а иногда этот резистор вообще отсутствует. Дифференциальное напряжение обычно усиливается в несколько сотен раз. Для того чтобы определить коэффициент усиления синфазного сигнала, на оба входа усилителя нужно подать одинаковые сигналы ивх. Мы пренебрегаем сопротивлением r э , так как резистор R 1 обычно выбирают большим - его сопротивление составляет по крайней мере несколько тысяч ом. На самом деле сопротивлением R э тоже можно пренебречь. Типичным примером дифференциального усилителя является схема, представленная на рис. Рассмотрим, как она работает. Вычисление характеристик дифференциального усилителя. Сопротивление резистора R к выбрано так. Как обычно, для получения максимального динамического диапазона потенциал коллектора установлен равным 0,5 U кк. У транзистора Т 1 коллекторный резистор отсутствует, так как его выходной сигнал снимается с коллектора другого транзистора. Сопротивление резистора R 1 выбрано таким, что суммарный ток равен мкА и поровну распределен между транзисторами, когда входной дифференциальный сигнал равен нулю. Согласно только что выведенным формулам коэффициент усиления дифференциального сигнала равен 30, а коэффициент усиления синфазного сигнала равен 0,5. Если исключить из схемы резисторы 1. Напомним, что в несимметричном усилителе с заземленным эмиттером при выходном напряжении покоя 0,5 U кк максимальное усиление равно 20 U кк , где U кк выражено в вольтах. Убедитесь, что приведенные соотношения правильны. Разработайте дифференциальыи усилитель по вашим собственным требованиям. Смещение с помощью источника тока. Усиление синфазного сигнала в дифференциальном усилителе можно значительно уменьшить, если резистор R 1 заменить источником тока. При этом действующее значение сопротивления R 1 станет очень большим, а усиление синфазного сигнала будет ослаблено почти до нуля. Представим себе, что на входе действует синфазный сигнал; источник тока в эмиттерной цепи поддерживает полный эмиттерный ток постоянным, и он в силу симметрии схемы равномерно распределяется между двумя коллекторными цепями. Следовательно, сигнал на выходе схемы не изменяется. Пример подобной схемы приведен на рис. Для этой схемы, в которой использованы монолитная транзисторная пара типа LM транзисторы Т 1 и Т 2 и источник тока типа 2N, величина КОСС определяется отношением Не забывайте о том, что в этом усилителе, как и во всех транзисторных усилителях, должны быть предусмотрены цепи смешения по постоянному току. Если, например, для межкаскадной связи на входе используется конденсатор, то должны быть включены заземленные базовые резисторы. Еще одно предостережение относится в особенности к дифференциальным усилителям без эмиттерных резисторов: Затем наступает пробой; значит, если подать на вход дифференциальное входное напряжение большей величины, то входной каскад будет разрушен при условии, что отсутствуют эмиттерные резисторы. Эмиттерный резистор ограничивает ток пробоя и предотврашает разрушение схемы, но характеристики транзисторов могут в этом случае деградировать коэффициент h 21э , шумы и др. В любом случае входной импеданс существенно падает, если возникает обратная проводимость. Применения дифференциальных схем в усилителях постоянного тока с однополюсным выходом. Дифференциальный усилитель может прекрасно работать как усилитель постоянного тока даже с несимметричными односторонними входными сигналами. Для этого нужно один из его входов заземлить, а на другой подать сигнал рис. Дифференциальная схема обеспечивает компенсацию температурного дрейфа, и, даже когда один вход заземлен, транзистор выполняет некоторые функции: Это значит, что изменение напряжения U бэ не усиливается с коэффициентом К диф его усиление определяется коэффициентом К синф , который можно уменьшить почти до нуля. Кроме того, взаимная компенсация напряжений U бэ приводит к тому, что на входе не нужно учитывать падения напряжения величиной 0,6 В. Качество такого усилителя постоянного тока ухудшается только из-за несогласованности напряжений U бэ или их температурных коэффициентов. Дифференциальный усилитель может работать как прецизионный усилитель постоянного тока с однополюсным выходом. В предыдущей схеме можно заземлить любой из входов. В зависимости от того, какой вход заземлен, усилитель будет или не будет инвертировать сигнал. Однако, из-за наличия эффекта Миллера, речь о котором пойдет в разд. Представленная схема является неинвертирующей, значит, в ней заземлен инвертирующий вход. Терминология, относящаяся к дифференциальным усилителям, распространяется также на операционные усилители, которые представляют собой те же дифференциальные усилители с высоким коэффициентом усиления. Использование токового зеркала в качестве активной нагрузки. Иногда желательно, чтобы однокаскадный дифференциальный усилитель, как и простой усилитель с заземленным эмиттером, имел большой коэффициент усиления. Красивое решение дает использование токового зеркала в качестве активной нагрузки усилителя рис. Транзисторы Т 1 и Т 2 образуют дифференциальную пару с источником тока в эмиттерной цепи. Транзисторы Т 3 и Т 4 , образующие токовое зеркало, выступают в качестве коллекторной нагрузки. Тем самым обеспечивается высокое значение сопротивления коллекторной нагрузки, благодаря этому коэффициент усиления по напряжению достигает и выше при условии, что нагрузка на выходе усилителя отсутствует. Такой усилитель используют, как правило, только в схемах, охваченных петлей обратной связи, или в компараторах их мы рассмотрим в следующем разделе. Запомните, что нагрузка для такого усилителя обязательно должна иметь большой импеданс, иначе усиление будет существенно ослаблено. Дифференциальные усилители как схемы расщепления фазы. На коллекторах симметричного дифференциального усилителя возникают сигналы, одинаковые по амплитуде, но с противоположными фазами. Если снимать выходные сигналы с двух коллекторов, то получим схему расщепления фазы. Конечно, можно использовать дифференциальный усилитель с дифференциальными входами и выходами. Дифференциальный выходной сигнал можно затем использовать для управления еше одним дифференциальным усилительным каскадом, величина КОСС для всей схемы при этом значительно увеличивается. Дифференциальные усилители как компараторы. Благодаря высокому коэффициенту усиления и стабильным характеристикам дифференциальный усилитель является основной составной частью компаратора - схемы, которая сравнивает входные сигналы и оценивает, какой из них больше. Компараторы используют в самых различных областях: Основная идея при построении компаратора заключается в том. Область линейного усиления не рассматривается - работа схемы основывается на том, что один из двух входных транзисторов в любой момент находится в режиме отсечки. Типичное применение с захватом сигнала рассматривается в следующем разделе на примере схемы регулирования температуры, в которой используются резисторы, сопротивление которых зависит от температуры термисторы. Искусство схемотехники import url http: Искусство схемотехники Содержание ГЛАВА 1. Основы электроники ГЛАВА 2. Транзисторы Введение Некоторые основные транзисторные схемы Модель Эберса-Молла для основных транзисторных схем Некоторые типы усилительных каскадов Некоторые типичные транзисторные схемы Схемы не требующие пояснений Дополнительные упражнения ГЛАВА 3. Полевые транзисторы ГЛАВА 4. Обратная связь и операционные усилители ГЛАВА 5. Активные фильтры и генераторы ГЛАВА 6. Стабилизаторы напряжения и источники питания ГЛАВА 7. Прецизионные схемы и малошумящая аппаратура ГЛАВА 8. Цифровые схемы ГЛАВА 9.
Дифференциальный усилитель
Схема посадки цветов на клумбе непрерывного цветения
Спальник ленд крузер 100 своими руками
Дифференциальные усилители
Как ускорить безлимитный интернет
Проведение контроля потребительских свойств товаров