Что такое дифференциальный усилитель?

Дифференциальный усилитель — это усилитель на двух транзисторах с эмиттерной связью, позволяющей использовать в любых комбинациях несимметричные или симметричные вход и выход.

Принципиальная схема дифференциального усилителя, в котором выходное напряжение равно разности двух входных сигналов, показано на рис. 7.30.

Рис. 7.30. Дифференциальный усилитель с двумя входами и симметричным выходом:

_{а — принципиальная схема; б — схема с дополнительными эмиттерными резисторами Rэ.}

На базы обоих транзисторов несимметрично подаются два напряжения u₁₁ и u₁₂. Выходное напряжение u₂ представляет собой разность потенциалов, действующих на коллекторах транзисторов. Это напряжение симметрично. Дифференциальный усилитель используется для усиления только разности входных напряжений, а не самих входных напряжений.

Коэффициент усиления схемы, определяемый как отношение напряжения u₂ к разности u₁₂ — u₁₁, выражается, при допущении идентичности транзисторов, следующей формулой:

К_u ~= — R_н/h_11б

Путем использования дополнительных эмиттерных резисторов R_э можно уменьшить чувствительность усиления к разбросу значений h_11б. В этом случае

К_u ~= — R_н/h_11б + R_н ~= — R_р/R_э

причем последнее приближение справедливо, если R_э >> h_11б. Следует подчеркнуть, что усиление схемы полностью не зависит от сопротивления резистора R_F. Однако, с другой стороны, чем больше сопротивление, тем лучше коэффициент редукции суммарного сигнала на выходе схемы. В противоположность дифференциальному (разностному) сигналу суммарный сигнал является паразитным сигналом, зависящим от общей составляющей входного напряжения. Теоретически эта составляющая не появляется на выходе. В действительности из-за внутренней несимметрии схемы дифференциального усилителя составляющая существует. Для увеличения коэффициента редукции суммарного сигнала следовало бы увеличивать сопротивление резистора R_F. В реальных условиях это не всегда возможно. Поэтому вместо резистора R_F можно использовать дополнительный транзистор в схеме идеального генератора тока или источника с бесконечно большим внутренним сопротивлением (рис. 7.31, а). В этом случае практическое сопротивление резистора R_F равно выходному сопротивлению транзистора в схеме с ОБ

R_F ~= 1/h_22б

Дифференциальный усилитель может также работать и в других схемах управления по входам и отбора сигнала на выходе, на рис. 6.31, б представлена схема с одним несимметричным входом и симметричным выходом. Схема такого типа может быть использована в качестве симметрирующей схемы. Еще одна схема (рис. 7.31, в) служит для преобразования симметричного входного сигнала в несимметричный выходной сигнал. Эта схема характеризуется наличием двух входов и одного несимметричного выхода.

Рис. 7.31. Дифференциальные усилители с питанием от источника тока (а), с одним асимметричным входом и с симметричным выходом (б) и с двумя входами и асимметричным выходом (в)