Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель (ДУ) предназначен для усиления разности двух 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.

Принципиальная схема ДУ на биполярных транзисторах приведена на рисунке 2.4а. А принцип работы поясняется с помощью рисунков 2.4б и 2.4в.

Рисунок 2.4

Если на вход 1 подать гармонический сигнал (рисунок 2.4б), а вход 2 соединить с общим проводом, то ток коллектора первого транзистора I_К1 будет изменяться в соответствии с 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 инвертирующим. Если теперь напряжение подавать на вход 2, то при положительном полупериоде сигнала на входе ток коллектора I_К2 также будет расти, но на эту же величину снизиться ток I_К1 (в цепи эмиттеров стоит источник тока I_К1+ I_К2= I₀) и напряжение на выходе 1 будет увеличиваться. Т. е. вход 2 по отношению выхода 1 является неинвертирующим.

Коэффициент усиления дифференциального усилителя в первом случае равен

K_{U ДУ}=U_{ВЫХ 1} / U_{ВХ 1} (1),

U_{ВЫХ 1}= I_К1×R1 (2). I_К1= h_21Э× I_Б1 (3)

Входное напряжение распределяется на двух эмиттерных pn-переходах

U_{ВХ 1} =(I_Б1×h_11Э+ I_Э2× h_11Б). (4)

I_Э2= (h_21Э+1) ×I_Б1 (5) и h_11Б= h_11Э / (h_21Э+1) (6)

Подставляя (2, 3, 4, 5 и 6) в (1) получим K_{U ДУ}= h_21Э×R1 / 2×h_11Э. Входное сопротивление R_ВХ= U_{ВХ 1}/ I_Б1= 2×h_11Э.

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 составляет

K_{U ДУ}=10-20, а входное сопротивление десятки кОм, что далеко от идеала.