Классификация электронных усилителей Амплитудно-частотная характеристика усилителя с ОС  Полевой транзистор Пример расчета усилительного каскада Каскад по схеме с общим истоком Дифференциальный усилительный каскад

Дифференциальный усилительный каскад

        При контроле и измерении многих неэлектрических величин возникает необходимость усиления сигналов очень низких частот. Для этого требуются усилители постоянного тока. УПТ обычно запитывают от двухполярного источника и обеспечивают в точке покоя Uвых = 0 при Uвх = 0. При построении УПТ невозможно использование разделительных конденсаторов и трансформаторов в цепи связи между каскадами и с нагрузкой, поэтому применяется непосредственная (гальваническая) связь каскадов.

        Усилители постоянного тока имеют специфический недостаток - дрейф нуля, затрудняющий усиление малых напряжений и токов. Дрейф нуля заключается в том, что с течением времени изменяются токи транзисторов и на выходе появляется напряжение в отсутствие входного сигнала. Причины дрейфа - нестабильность источников питания, старение транзисторов, изменение температуры окружающей среды. Нестабильность выходного напряжения УПТ Δ Uвых принципиально не отличается от полезного сигнала.

        Величину дрейфа обычно оценивают дрейфом нуля, приведенным ко входу УПТ:

         e др = Δ U вых K e . (11.1)

        Таким образом, едр - это такой источник, подключение которого ко входу УПТ компенсирует нестабильность выходного напряжения.

        Приведенный к входу дрейф нулевого уровня одиночного каскада УПТ на биполярном транзисторе нельзя сделать меньшим Δ UТ, т.е. примерно 2 мВ/К. Введение отрицательной обратной связи не снижает едр, так как, наряду со снижением нестабильности рабочей точки, еще в большей степени уменьшается коэффициент усиления каскада.

        Для уменьшения дрейфа, кроме стабилизации питающих напряжений, применяют специальные схемы (рис. 11.1), так называемые дифференциальные или балансные усилительные каскады (ДУ). Каскад обычно питается от двухполярного источника (с одинаковыми по величине напряжениями +Е и -Е ), относительно общей точки которого ведется отсчет входных ( U вх1   и   U вх2 ) и выходных ( U вых1   и   U вых2 ) напряжений (рис. 11.1, а). Симметрия схемы относительно генератора постоянного тока I г  практически устраняет дрейф нулевого уровня из-за температурного смещения входных и выходных характеристик транзисторов VT1   и VT2  (транзисторы идентичны).

        Если входные напряжения U вх1   и U вх2  совпадают по фазе и одинаковы по амплитуде (такие сигналы называют синфазными)

         U вх1 = U вх2 = U сф ,

то токи в плечах ДУ остаются постоянными (в силу симметрии схемы они равны I г /2 ). При этом U вых1 = U вых2 =Е I г R К /2 , а между коллекторами транзисторов VT1  и VT2  отсутствует разность потенциалов

         U вых = U вых1 U вых2 =0 .

Рис. 11.1 - Дифференциальный усилитель (а) и его вольтамперная характеристика (б)

Вариант схемы дифференциального усилителя и эквивалентная схема для определения входного сопротивления и коэффициента усиления по напряжению для дифференциального сигнала

Входное сопротивление для дифференциального сигнала

Варианты построения генераторов постоянного тока (стабилизаторов тока) для дифференциального усилительного каскада приведены на рис. 11.4 (в простейшей схеме каскада вместо генератора тока включается резистор Rг ).

Многокаскадный УПТ с дифференциальным входом и несимметричным выходом называют операционным усилителем (ОУ). Операционным усилитель был назван потому, что он использовался в аналоговых вычислительных машинах (еще в ламповом варианте) для выполнения операций масштабирования, суммирования и интегрирования.

Основные параметры и типовые схемы включения операционных усилителей В линейных устройствах ОУ используются с глубокой ООС. При этом параметры схем на ОУ практически полностью определяются видом и характеристиками элементов, включенных в цепь обратной связи. ОУ стали самыми универсальными и массовыми элементами аналоговой схемотехники.

Инвертирующий усилитель постоянного тока

В неинвертирующем УПТ операционный усилитель охвачен последовательной ООС по напряжению.

Дифференциальный УПТ


Электронные усилители Схемы и характеристики