Дифференциальные усилители

 

Дифференциальный усилитель используют в тех случаях, когда слабые сигналы можно потерять на фоне шумов. Например, при измерении электрических потенциалов различных точек человеческого тела, снятии электрокардиограммы и т.д.

Рис. 59. Дифференциальный усилитель

 

Дифференциальный усилитель представляет собой схему, предназначенную для усиления разности напряжений двух входных сигналов (рис. 59). В идеальном случае выходной сигнал не зависит от уровня каждого из входных сигналов и определяется только их разностью. Выходной сигнал можно снимать либо между коллекторами (симметричный выход), либо между любым из коллекторов и общим проводом (несимметричный выход).

Основное преимущество таких усилителей – высокое усиление дифференциального сигнала и низкое усиление синфазного сигнала (синфазный сигнал – одновременное и одинаковое изменение сигналов на обоих входах). Дифференциальный коэффициент усиления равен:

 при симметричном выходе и

 при несимметричном выходе.

Коэффициент усиления синфазного сигнала (изменение разности коллекторных напряжений с изменением синфазного входного напряжения)

.

Обычно  и  составляет меньше единицы. Чем выше , тем меньше . Вместо сопротивления  часто используется активный источник тока (рис. 57), что приводит к снижению  (  заменяется выходным сопротивлением активного источника тока, которое теоретически равно бесконечности).  

Коэффициент ослабления синфазного сигнала

.

 

Тема 12. Классы усиления

 

В зависимости от положения рабочей точки в режиме покоя на ВАХ транзисторов различают три основных режима или класса усиления: А, В и АВ. Основными характеристиками этих режимов являются КПД и нелинейные искажения. Каждый из режимов обладает своими достоинствами и недостатками (табл. 2).

 

Таблица 2. Характеристика классов усиления

Класс усиления	A	B	AB
КПД	max 50%	max 78%	max 60-75%
Искажения	малые	высокие	средние
Потребляемая мощность	постоянная	зависит от выходной	зависит от выходной
Термостабильность	низкая	высокая	средняя

 

В режиме A рабочая точка находится на середине линейного участка ВАХ транзисторов, поэтому нелинейные искажения сигнала минимальны. В отсутствие сигнала через выходной каскад протекает значительный ток покоя, транзисторы в течение рабочего периода никогда не закрываются, т.е. каждый транзистор участвует в усилении обеих полуволн сигнала – и положительной, и отрицательной. Потребляемая мощность постоянна, а мощность рассеяния максимальна при малых сигналах. Термостабильность в этом режиме наихудшая.

В режиме B рабочая точка выходного каскада смещена до критического значения коллекторного тока и каждую половину периода происходит переключение транзисторов – каждый из них усиливает свою "половину" сигнала (в качестве примера может служить схема на рис. 60). В отсутствие сигнала транзисторы закрыты, ток покоя не протекает. Потребляемая мощность пропорциональна выходной, а мощность рассеяния приблизительно постоянна (максимум 22% от выходной). Термостабильность исключительно высокая. Самый главный недостаток – в диапазоне (-0,5÷-0,6) В – (0,5÷0,6) В образуются искажения типа "ступенька" (переключательные искажения), т.е. возникает определённая "мёртвая зона" усиливаемых сигналов (рис. 61).

Рис. 60. Двухтактный усилитель	Рис. 61. Искажения сигнала

 

В режиме A - B рабочая точка выбрана в начале линейного участка ВАХ транзисторов, поэтому при малых сигналах каскад работает фактически в режиме A, а в режим B переходит при достаточно сильном возбуждении. В отсутствие сигнала через каскад протекает некоторый ток покоя (например, в схеме на рис. 62 это достигается подбором сопротивлений , , , в результате чего падение напряжения на сопротивлении  становится равным величине "мёртвой зоны"). КПД при этом снижается и появляется проблема стабилизации тока покоя. Термостабильность удовлетворительная.

Рис. 62. Режим А-В

 

В режиме С рабочую точку выбирают в области отсечки. Этот режим применяют в избирательных усилителях, характеризуется значительными искажениями, но высоким КПД.

В усилителях класса D возможен режим непосредственного усиления цифровых сигналов без их преобразования в аналоговую форму. Принцип работы усилителей этого класса состоит в том, что выходной каскад возбуждается импульсами прямоугольной формы. Затем последовательность прямоугольных импульсов поступает на усилитель мощности, работающий в ключевом режиме. Фильтр нижних частот на выходе выделяет полезный сигнал, подавляя при этом несущую частоту, ее гармоники и боковые полосы спектра модуляции. КПД этих усилителей доходит до 92-95%. Это преимущество особенно проявляется при усилении сигналов малого уровня. Однако искажения сигналов малого уровня больше, чем среднего. Коэффициент нелинейных искажений обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1%.

 

 

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: