27

Лабораторная работа №3

“Исследование дифференциального усилителя”

Цель работы: изучение принципа действия дифференциального усилителя (ДУ) и схемы токового зеркала; определение их основных параметров (коэффициента усиления, входного и выходного сопротивлений), построение амплитудной и частотной характеристик.

1. Теоретические положения

Дифференциальный усилитель - это усилитель постоянного напряжения с двумя выходами, который строится по принципу сбалансированного моста.

Принципиальная электрическая схема типового ДУ показана на рис. 3.1.

Входные сигналы можно подавать на усилитель тремя способами:

1. несимметричное включение входных цепей (один вход заземляется, а на другой подается сигнал);

2. симметричное включение входных цепей (входной источник не имеет гальванической связи с общей шиной);

3. дифференциальное включение двух источников.

Выходной сигнал с ДУ можно снимать двумя способами:

1. с диагонали моста U_ВЫХ = U_аб (симметричный выход);

2. с коллектора одного из транзисторов U_{ВЫХ.нес} = U_K1(K2) (несимметричный выход).

При использовании несимметричного выхода (U_{ВЫХ.нес} = U_K2) вход 1 является неинвертирующим, т.е. напряжения U_ВЫХ и U_ВХ совпадают по фазе, а вход 2 - инвертирующимм, т.е. входной и выходной сигналы находятся в противофазе.

Рассмотрим функциональное назначение элементов схемы ДУ.

Для питания каскада используются два источника постоянного напряжения +Е_П и -Е_П. Усилитель представляет собой мостовую схему, состоящую из транзисторов VT₁ и VT₂ и их коллекторных нагрузок - резисторов R_К1 и R_К2. Параметры этого моста должны быть строго подобраны и сбалансированы, при этом U_аб = 0. Для получения стабильных параметров каскада его необходимо питать стабильным током I₀ = const. Для этого используется генератор стабильного тока (ГСТ), реализованный на транзисторе VT₃. Величина тока I₀ регулируется базовым делителем R₄, R₅ и поддерживается постоянной, причем I₀ = I_K1 + I_K2, где I_K1 = I_K2.

ДУ обладает всеми достоинствами мостовой схемы, к числу которых относятся:

1) высокая температурная стабильность. Поскольку при изменении температуры параметры элементов моста изменяются одинаково, то разбалансировки моста не происходит и U_аб = 0;

2) не чувствительность к колебаниям питающего напряжения. Такая схема не чувствительна к изменению напряжения источников питания, т.к. выходное напряжение U_аб снимается с диагонали моста;

3) не чувствительность к синфазным (поступающим сразу на оба входа) помехам. Если на оба входа поступает синфазная помеха, то разбалансировки моста не происходит.

1. О собенности работы ДУСхема дифференциального усилительного каскада приведена на рис. 3.2.

При использовании ДУ необходимо уяснить целый ряд требований эксплуатационного характера, чтобы обеспечить высокое качество работы усилителя.

Для получения знакопеременного выходного сигнала и обеспечения согласования потенциальных уровней во входных и выходных цепях используют симметричные источники питания +E_П=-E_П. Средняя точка этих источников питания является общей шиной для всей схемы, относительно неё происходят все изменения входного и выходного сигналов.

Наличие симметричного источника питания позволяет выбрать параметры входных цепей таким образом, чтобы в исходном состоянии потенциалы Вх.1 и Вх.2 были нулевыми, следовательно, их можно закорачивать на общую шину и при этом режимы работы схемы не изменяются.

В исходном состоянии через транзистор VT6 должен протекать такой ток I_K6, чтобы падение напряжения на R₁₀ было равно: I_K6^.R₁₀ = -Е_П, тогда U_ВЫХ = 0. В этом случае все приращения U_ВЫХ будут знакопеременны.

Идеальный ДУ должен быть сбалансирован, т.е. при U_ВХ = 0 U_ВЫХ = 0. Однако у реальных усилителей характеристика смещена либо вправо, либо влево (рис. 3.3), т.е. при U_ВХ = 0 будем иметь на выходе напряжение смещения U_СМ.