Дифференциальный усилитель

Двухкаскадный усилитель с эмиттерными связями (дифференциальный каскад) имеет два входа и предназначен для усиления разности напряжений между входами (противофазный сигнал) и подавления синфазных сигналов, одновременно поступающих на оба входа. Схема усилителя представлена на рис. 11.5, а.

Рассмотрим принцип работы схемы. Транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме ОЭ, с общим резистором R_Э в цепи эмиттеров. Падение напряжения на этом резисторе зависит от суммы токов эмиттеров. В базовых цепях транзисторов нет разделительных конденсаторов, поэтому дифференциальный усилитель усиливает сигнала от постоянного тока до граничной частоты усиления транзисторов. Выходным сигналом схемы является разность напряжений между коллекторами транзисторов.

Чтобы понять, как схема усиливает противофазный сигнал и подавляет синфазный, рассмотрим схему замещения, представленную на рис. 11.5, б. Схема представляет собой мост, образованный резисторами в коллекторах транзисторов R_K1 = R_K2 (специально устанавливаются равными по величине) и сопротивлениями переходов коллектор-эмиттер транзисторов R_VT1 и R_VT2, сопротивление которых зависит от токов через транзисторы. Резистор R_Н включён в диагональ моста.

При отсутствии сигнала на входе усилителя R_VT1 = R_VT2, мост сбалансирован, напряжение на R_Н равно нулю.

Положительная полуволна противофазного синусоидального входного сигнала открывает транзистор VT1, ток эмиттера этого транзистора возрастает, сопротивление R_VT1 уменьшается, транзистор VT2 от этого закрывается, его ток эмиттера уменьшается, сопротивление R_VT2 растёт. Отрицательная полуволна вызывает противоположный эффект. Мост разбалансируется, на резисторе R_Н выделяется полезный сигнал.

а) б)

Рис. 11.5. Дифференциальный усилитель:

а – принципиальная схема; б – схема замещения

Положительная полуволна синфазного входного сигнала (помехи) одновременно открывает транзисторы VT1 и VT2. Сопротивления R_VT1 и R_VT2 одновременно уменьшаются, мост остаётся сбалансированным, напряжение помехи на на R_Н равно нулю. Отрицательная полуволна вызывает аналогичный эффект, только сСопротивления R_VT1 и R_VT2 одновременно увеличиваются.

Дифференциальный усилитель применяется, например, для усиления сигналов от микрофона при длинных проводах, на которые может наводится помеха – фон частоты сети 50 Гц. Также по схеме дифференциального усилителя выполнен входной каскад аналоговых интергальных микросхем – операционных усилителей. Недостатком схемы является малая величина коэффициента усиления по напряжению. Обычно K_U < 10, то есть в четыре раза меньше, чем у обыкновенного усилителя ОЭ.

Более подробные сведения о транзисторных усилителях приведены в литературе [1, 12, 15, 20].

Контрольные вопросы

1. Для чего применяются двухкаскадные схемы усилителей?

2. Для увеличения какого коэффициента усиления (по напряжению К_U, по току К_I или по мощности К_Р) предназначен двухкаскадный усилитель ОЭ-ОЭ? Поясните назначение элементов схемы.

3. Для увеличения какого коэффициента усиления (по напряжению К_U, по току К_I или по мощности К_Р) предназначен двухкаскадный усилитель ОК-ОЭ?

4. Для увеличения какого коэффициента усиления (по напряжению К_U, по току К_I или по мощности К_Р) предназначен двухкаскадный усилитель ОЭ-ОБ? На какой частоте применяют такой усилитель?

5. Перечислите преимущества и недостатки дифференциального усилителя.