Тема: Дослідження диференційних підсилювачів

1 Мета роботи: вивчення принципу роботи диференційного підсилювача та дослідження його характеристик на базі мікросхеми К118УД1Б. Визначити параметри диференційних підсилювачів

 

2 Апаратура та прилади: ПЕОМ, програма Electronics Worbench.

 

3 Схема дослідження:

4 Основні теоретичні положення:

Диференційним підсилювачем (ДП) називається підсилювач, який працює по принципу збалансованої мостової схеми і підсилює різницю двох напруг.

Схема з симетричними Схема з симетричним входом Схема з несиметричним входом виходом і входом і несиметричним виходом і симетричним виходом

Рис.3 Рис.4 Рис.5

Визначимо показники ДП при його включенні з симетричним і входом і виходом. Розрізняють дію на ДП протифазного і синфазного сигналів.

В ДП вхідні напруги подаються в базові кола транзисторів, а вихідна напруга знімається між колекторами транзисторів, тобто вихідна напруга на симетричному виході пропорційна диференційному (різницевому) вхідному сигналу або сумі протифазних напруг

U_ВИХ.Д = К_U (U_ВХ1 - U_ВХ2)= К_U U_ВХ.Д.

Отже, U_ВИХ.Д не залежить від абсолютного значення напруги вхідних сигналів, а визначається їх різністю. Оскільки на транзистори VT1 і VT2 (рис.2) діють протифазні напруги, то струми емітерів цих транзисторів також змінюються в протифазі. Прирощення одного струму буде компенсуватися прирощенням другого, через резистор R_Е протікає тільки постійний струм І₀ = І_Е1 + І_Е2 ≈ 2І_{Е .}

При дії на ДП протифазних сигналів змінна напруга на R_Е відсутня, ВЗЗ через наявність R_Е також відсутній.

Якщо параметри транзисторів диференційного підсилювача рівні, і

Rк = Rк₁ = Rк₂, то К_UД = К_U1 = К_U2= U_{ВИХ Д} / U_ВХД= ≈ h_21Е Rк/ h₁₁

Вхідний опір диференційного підсилювача з симетричним входом дорівнює:

R_{ВХ Д} = U_{ВХ Д} /І_ВХ = (U_ВХ1 + U_ВХ2) / І_б = 2 R_{ВХ ОЕ} = 2 h₁₁

Вихідний опір

R_{ВИХ Д} ≈ 2 Rк

При дії на ДП синфазного сигналу обидва транзистори працюють на R_Е як би паралельно, тобто при дії вхідного сигналу обидва транзистори відкриваються. Їх вхідні струми, а, отже, і струми емітерів одночасно збільшуються. В результаті через R_Е матиме місце подвійний приріст струмів емітерів і на R_Е з'явиться напруга. Ця напруга є для транзисторів VT1 I VT2 напругою послідовного ВЗЗ за струмом, яка змінює вхідний опір і коефіцієнт підсилення ДП.

Якщо схема повністю симетрична, при дії синфазного сигналу зміна струмів колекторів плеч ДП буде рівна і зміна напруг U_ВИХ1 i U _ВИХ2. Тому на симетричному виході ДП U_ВИХ.Д =0, тобто синфазний сигнал повністю знищується.

Важливим показником ДП є коефіцієнт підсилення напруги синфазного сигналу К_UСФ = U_ВИХ1 / U_ВХСФ = U_ВИХ2 / U_ВХСФ.

Оскільки для синфазного сигналу в ДП діє ВЗЗ, то

К_UСФ =h₂₁ R_К / R_ВХ.ЗЗ ,

де R_ВХ.ЗЗ – вхідний опір ДП для синфазного сигналу.

Вважаючи І_ВХ = І_б, R_ВХ.ЗЗ = U_ВХСФ / І_б .

На практиці повного знищення постійного рівня синфазного сигналу не відбувається тому, що параметри навіть інтегральних транзисторів і резисторів не можуть бути ідеально узгоджені між собою. Тому деяка частина вхідного синфазного сигналу також підсилюється, вносячи у вихідну диференційну напругу синфазну складову:

U_ВИХ = К_UД (U_ВХ1 - U_ВХ2) + К_UСФ U_ВХСФ, U_ВХСФ = 0,5(U_ВХ1 + U_ВХ2)

де К_UСФ ≈ Rк/2 R_Е – коефіцієнт підсилення синфазної вхідної напруги.

Коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу:

К_О.Сф.С = К_UД / К_UСФ ≈ R_Е. / r_Е,

він характеризує якість роботи ДП і показує його здатність виділити слабкий протифазний сигнал на фоні сильної синфазної перешкоди.

Чим більше значення коефіцієнта ослаблення синфазного сигналу К_О.Сф.С , тим кращий диференційний підсилювач.

Коефіцієнт підсилення ДП залежить від способу підключення вхідного сигналу та навантаження:

1) вхідна напруга подається одночасно на обидва входи і навантаження підключається між виходами VT1 і VT2 (див.рис.3);

2) вхідна напруга подається на обидва входи, а навантаження підключається до одного з виходів схеми і до корпусу (рис.4);

3) вхідна напруга подається тільки на один із входів, і навантаження підключене до виходу одного з транзисторів (рис.5).

Для кращого подавлення синфазної напруги (перешкоди) необхідно включати великий опір в коло емітера. Резистор R_Е» h_21Е - призначений для стабілізації емітерного струму. Струм через нього дорівнює:

І₀ = І_Е1 + І_Е2 ≈ І_К1 + І_К2

Опір резистора в колі емітера R_Е не можна брати дуже великим, тому що через емітерний опір протікає струм спокою обох транзисторів, що викликає велике падіння постійної складової напруги. Тому для подавлення синфазної складової напруги в якості емітерного резистора R_Е використовують схеми генераторів стабільного струму (ГСС), які мають малий опір для постійної складової і великий опір для змінної складової (диференційний опір) (рис.1).