Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель (ДУ) предназначен для усиления разности двух входных напряжений U_{ВЫХ ДУ} = К_{U ДУ}×(U_ВХ2 – U_ВХ1). В идеальных ДУ выходное напряжение пропорционально только разности входных напряжений и не зависит от их абсолютной величины.

Схема ДУ на биполярных транзисторах и принцип работы поясняется в соответствии с рисунком 2.13.

Рисунок 2.13 – Дифференциальный усилитель и принцип его работы

Если на вход 1 подать гармонический сигнал, а вход 2 соединить с общим проводом, то ток коллектора первого транзистора i_К1 будет изменяться в соответствии с входным сигналом. При положительном полупериоде сигнала на входе ток коллектора VT1 увеличивается, падение напряжения на резисторе R1 также увеличивается и напряжение на коллекторе транзистора VT1, (на выходе 1) уменьшится. Таким образом, выход 1 по отношению ко входу 1 является инверсным. Если теперь напряжение подавать на вход 2, то при положительном полупериоде сигнала на входе ток коллектора i_К2 также будет увеличиваться, но на эту же величину снизиться ток i_К1 (в цепи эмиттеров стоит источник тока) и напряжение на выходе 1 будет увеличиваться, т.е. вход 2 по отношению выхода 1 является прямым.

Коэффициент усиления дифференциального усилителя в первом случае равен

K_{U ДУ}=U_{ВЫХ 1} / U_{ВХ 1}, (2.48)

U_{ВЫХ 1}= i_К1×R1, (2.49)

i_К1= h_21Э× I_Б1 (2.50)

Входное напряжение распределяется на двух эмиттерных p - n – преходах

U_{ВХ 1} =(I_Б1×h_11Э+ I_Э2× h_11Б) (2.51)

I_Э2= (h_21Э+1) ×I_Б1 (2.52)

h_11Б= h₁₁ / (h_21Э+1) (2.53)

Подставляя (2.49), (2.50), (2.51), (2.52) и (2.53) в (2.48) получим

K_{U ДУ}= h_21Э×R₁ / 2×h_11Э. (2.54)

Входное сопротивление

R_ВХ= U_{ВХ 1}/ I_Б1= 2×h_{11 Э}. (2.55)

Таким образом, для получения большого входного сопротивления необходимо работать при малых токах базы, но при этом значительно снижается коэффициент передачи по току h_21Э, а, следовательно, и К_{U ДУ}.

В ДУ, выполненных таким образом, коэффициент усиления K_{U ДУ} составляет от 10 до 20, а входное сопротивление десятки килоОм, что далеко от идеала.