Общие сведения по дифференциальным усилителям

Дифференциа́льный усили́тель — электронный усилитель с двумя входами, выходной сигнал которого равен разности входных напряжений, умноженной на константу. 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. Дифференциальные усилители используют в тех случаях, когда слабые сигналы можно потерять на фоне шумов. Примерами таких сигналов являются цифровые сигналы, передаваемые по длинным кабелям (кабель обычно состоит из двух скрученных проводов), звуковые сигналы, радиочастотные сигналы (двухжильный кабель является дифференциальным), напряжения электрокардиограмм, сигналы считывания информации из магнитной памяти и многие другие. Дифференциальный усилитель на приемном конце восстанавливает первоначальный сигнал, если помехи не очень велики. Дифференциальные каскады широко используют при построении операционных усилителей. Они играют важную роль при разработке усилителей постоянного тока (которые усиливают частоты вплоть до постоянного тока, т.е. не используют для межкаскадной связи конденсаторы): их симметричная схема приспособлена для компенсации температурного дрейфа. Принцип работы дифференциального усилителя рассмотрим на примере четырехплечевого моста (рисунок 2.1), выполненного на резисторах R₁ R₂ R₃ R₄. В одну диагональ включен источник U, а в другую – сопротивление нагрузки R_H. Если выполняется условие , то мост сбалансирован, и ток в будет равен нулю. Баланс не нарушится, если будут меняться напряжение и сопротивления резисторов плеч моста, но при условии, что соотношение сохранится.

Рисунок 2.1 - Схема четырехплечевого моста

На рисунке 2.2 представлена схема простейшего дифференциального усилителя. Сопротивления и выбирают равными, а транзисторы VT 1 и VT 2 – идентичными. Тогда при отсутствии входного сигнала также равно нулю. Температурное воздействие будет одинаковое на оба идентичных транзистора, поэтому, хотя их параметры и изменятся, но одинаково и в одну сторону, что не отразится на выходном сигнале, так как разность и останется неизменной. Если на входы схемы и подать, одинаковые сигналы по величине и фазе, называемые синфазными, то токи обоих транзисторов будут изменяться на одинаковую величину, соответственно будут изменяться напряжения и , а напряжение по прежнему будет сохраняться равным нулю. Если на входы подать одинаковые по величине, но сдвинутые по фазе на сигналы, называемые дифференциальными, то возрастание тока в одном плече будет сопровождаться уменьшением тока в противоположном, вследствие чего появится напряжение на дифференциальном выходе . Изменение температуры, паразитные наводки, старение элементов и др. можно рассматривать как синфазные входные воздействия. Исходя из этого дифференциальный каскад обладает очень высокой устойчивостью работы и малочувствителен к помехам.

Рисунок 2.2 - Схема дифференциального усилителя

Выводы:

1 Дифференциальные усилители предназначены для усиления сколь угодно медленно изменяющихся во времени сигналов, частотный диапазон которых начинается от 0 Гц;

2 Дифференциальный усилитель: имеет следующие достоинства: малый дрейф нуля; высокая степень подавления синфазных помех;

3 Недостатки дифференциального усилителя: требует двухполярного источника питания, необходима очень высокая симметрия схемы.

Поиск по сайту: