Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Дифференциальные усилители




ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Усилитель постоянного тока - это усилитель, способный усиливать сколь угодно медленные электрические колебания. Коэффициент усиления такого усилителя в области нижних частот поддерживается постоянным и равным коэффициенту усиления в области средних частот вплоть до частоты ω =0(рис.1). Для построения усилителя постоянного тока (УПТ) в принципе можно использовать изученные ранее схемы усилителей с исключением из них разделительных конденсаторов, т.е. связь между каскадами усилителя должна быть гальванической (посредством проводников, резисторов, диодов, стабилитронов).

Стабилизация начальной рабочей точки в режиме покоя в простейших транзисторных УПТ может осуществляться рассмотренными ранее методами, а ликвидация начального тока через нагрузку достигается использованием мостовых балансных цепей, а также двухполярного питания.

Однако добиться высоких качественных показателей от УПТ, построенных на основе простейших схем транзисторных усилителей не представляется возможным из-за неизбежного изменения режима каскадов, которое вследствие гальванических связей изменяет выходное напряжение или ток УПТ - так называемый дрейф. Причинами дрейфа являются дестабилизирующие факторы:

1. Изменение температуры окружающей среды.

2. Изменение давления и влажности окружающей среды.

3. Колебания напряжения источников питания.

4. Старение УЭ и других компонентов усилителя.

Для сравнения различных усилителей по дрейфу используют его уровень, приведенный к входу усилителя.

Уровень дрейфа - это эквивалентная ЭДС в цепи источника сигнала, создающая такое же напряжение на выходе усилителя, какое в действительности вызывает воздействие дестабилизирующих факторов. Указанную ЭДС обычно находят, поделив напряжение дрейфа на выходе усилителя на соответствующий коэффициент усиления.

Для одиночных каскадов с ОЭ дрейф по напряжению примерно равен 2-8 мВ/град для кремниевых биполярных транзисторов, 20-30 мВ/град для германиевых. В каскадах на полевых транзисторах с общим истоком дрейф также может достигнуть 3-4 мВ/град.

Такие величины дрейфа неприемлемы для УПТ, поэтому необходимо применять специальные меры по уменьшению дрейфа. Перечислим некоторые из них:

1. Уменьшение пределов изменения дестабилизирующих величин.

2. Применение схем термокомпенсации дрейфа.

3. Применение общей ООС.

4. Использование в УПТ балансных (или мостовых схем).

В этом случае уменьшаются уровни дрейфа, обусловленные и изменением напряжения питания, и температуры окружающей среды, а также старением элементов усилителя. Меньший дрейф обеспечивают симметричные балансные схемы, которые образуют два плеча моста. Симметричные балансные усилители можно построить как с последовательным, так и с параллельным включением УЭ по отношению к источнику питания. Наибольшее распространение получил параллельный балансный усилитель, который часто называют дифференциальным (разностным). Рассмотрим основные особенности схемы и принцип работы простейшего дифференциального усилителя (рис.2).

Схема состоит из двух одинаковых (симметричных) плеч, каждое из которых содержит транзистор и резистор. В общую эмиттерную цепь включается источник тока, либо резистор Rэ (элемент ООС).

Выходным напряжением является разность коллекторных потенциалов, а входным - разность базовых потенциалов. В основе дифференциального усилителя лежит идеальная симметрия обеих плеч, т.е. идентичность параметров VT1 и VT2, и равенство сопротивлений Rк1 и Rк2. Только в этом случае Uвых = 0 при воздействии синфазной помехи, а также исключается температурный дрейф НРТ, что обеспечивает возможность усиления постоянного и медленно изменяющегося напряжения и тока.

Создание таких усилителей стало возможным с развитием микроэлектроники. Только в ИС, где элементы располагаются друг от друга на расстоянии единиц микрон, можно обеспечить идентичность параметров, температурных коэффициентов и т.п.

Схема предназначена для увеличения амплитуды напряжения сигнала в диапазоне частот 0 до ωв (десятки мегагерц), обеспечения высокой стабильности режима покоя (малого уровня дрейфа) и подавления синфазной помехи.

При отсутствии входного сигнала и заданных одинаковых режимах во входных цепях в схеме будут протекать постоянные токи Iбп1, Iбп2, Iкп1, Iкп2. Последние два создают на резисторах Rк1 и Rк2 падение напряжения Uк1=Iкп1 ´ Rк1 и Uк2=Iк2´Rк2 . Величины этих напряжений равны, равны и потенциалы в точках а и б схемы, т.е. выходное напряжение равно нулю.

С целью обеспечения малого дрейфа нуля и надежного подавления синфазной помехи (что будет показано ниже) в схеме создана глубокая ООС, которая не уменьшает коэффициент усиления дифференциального сигнала.

При подаче на входы усилителя одинаковых по величине и фазе колебаний (помеха) входные токи транзисторов, а следовательно и токи коллекторов будут одновременно увеличиваться или уменьшаться. Поскольку коэффициенты усиления каждого плеча одинаковы, то потенциалы коллекторов изменяются одинаково, а выходное напряжение при полной симметрии схемы равно нулю.

Таким образом, дифференциальный усилитель при строгой симметрии схемы не усиливает, а подавляет синфазный сигнал, причем эффект "подавления" будет тем больше, чем больше величина Rэ, обеспечивающая ООС по току для обоих синфазных сигналов, причем эффект "подавления" будет тем больше, чем больше величина Rэ, обеспечивающая ООС по току для обоих синфазных сигналов.

При воздействии на входы схемы двух одинаковых по величине, но противоположных по фазе колебаний, коллекторные токи транзисторов VT1 и VT2 изменяются в противоположных направлениях. Это вызывает противоположное изменение потенциалов коллекторов и напряжение на выходе оказывается пропорциональным входному дифференциальному сигналу.

Uвых =Kд (Uвх1 –Uвх2 )=Kд Uвх д

где: Кд - коэффициент усиления дифференциального сигнала. Поскольку на транзисторы VT1 и VT2 действуют противофазные напряжения, то токи эмиттеров этих транзисторов также будут меняться в противофазе. Приращение одного тока будет компенсироваться в симметричной схеме противоположным приращением другого тока. Значит через резистор Rэ переменный ток не протекает и переменное напряжение на нем будет отсутствовать, а следовательно отсутствует и ООС, которая имела место для синфазной помехи и режима покоя.

Для обеспечения необходимого (как правило, очень большого) коэффициента усиления дифференциального сигнала усилитель собирают на супербета транзисторах (b = 3 - 5 тыс.), что в свою очередь увеличивает входное сопротивление усилителя и составляет десятки килоом. Еще большая величина входного сопротивления может быть обеспечена при использовании составных транзисторов, у которых b равно десятки тысяч или МДП-транзисторов.

Выходное сопротивление единицы килоом, т.к.

Напряжение на нагрузке создается током двух транзисторов, одинаковых по величине, но изменяющихся противофазно, поэтому амплитуда напряжения увеличивается вдвое, а амплитуда тока остается той же.

Часто на вход дифференциального усилителя может действовать слабый полезный противофазный сигнал и сильная синфазная помеха. Для оценки способности дифференциального усилителя выделить слабый противофазный сигнал на фоне сильной синфазной помехи используют коэффициент ослабления синфазного сигнала.

где: r э - внутреннее сопротивление эмиттерной области транзистора.

Дифференциальные усилители могут использоваться в УПТ с различными схемами включения:

- с симметричным входом и несимметричным выходом. Bыходное напряжение в этом случае снимается с одного коллектора транзистора относительно общей точки;

с симметричным входом и выходом. Источник входного сигнала включается между входами, выходное напряжение снимается между коллекторами;

- с несимметричным входом и симметричным выходом. При этом способе источник входного сигнала подключается к одному из входов, а второй вход соединяется с общей точкой;

- с несимметричным входом и выходом. В этом случае используется один из входов усилителя для подключения источника сигнала, а выходное напряжение снимается с одного из коллекторов транзистора.

Дифференциальный усилитель, являясь составной частью многокаскадных УПТ, может использоваться в виде самостоятельной схемы. Примером служит микросхема К122УД1, используемая в современных радиоприемных устройствах.

 


Поделиться:

Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 83; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты