Операційні підсилювачі і cхемотехніка на їх основі, страница 2

Допустимо тепер, що напруга u₁ зросла на величину Du₁. При цьому u₂  залишилась незмінною. В такому випавдку струм І_К1, що приведе, відповідно, до зростання емітерного струму І_Е1. Результуючий струм І_Е , який протікає через резистор R_E, зросте і при цьому зросте падіння напруги на  R_E. Як наслідок, різниція потенціалів між базою і емітером VT₂ зменшиться . Це приведе до зменшення струмів транзистора VT₂, в тому числі і струму колектора. Якщо транзистори мають великі коефіцієнти підсилення, то можна стверджувати, що зростання струму колектора одного з транзисторів приведе до такого ж зменшення струму в другому транзисторі.

Режим, прим якому на входах підсилю-вача діють сигнали, обумовлені різни-цею u₁ і u₂  називається режимом дифе-ренційного підсилення, або режимом підсилення диференційних сигналів. Як витікає з рис. 5.2. в цьому режимі тран-зистори можуть працювати як переми-качі струму,  так і як підсилювачі різни-ці вхідних сигналів. Для оцінки величи-ни зміни напруг на колекторах при ро-боті в режимі підсилювача скористає-мось рівняннями для струмів колекторів

                         Рис. 5.3.                        (5.6 ) і ( 5.7 ), прийнявши в них u₁ – u₂ = u_Р.Виходячи також з умови стабільності струму i_E,  розглянемо роботу диференційного каскаду при живленні його від джерела струму, відповідно до рис. 5.3.

 Маємо:

                     .                 ( 5.8 )

Домножимо чисельник і знаменик першої з формул ( 5.8 ) на величину ехр(uP/2jT), а другого - на ехр(-uP/2jT):

Використовуючи формули розкладення експоненти в ряд і використовуючи два члени ряду, отримуємо:

                                        ( 5.9 )

З отриманих формул (5.9 ) витікає підтвердження сказаного раніше, тобто, що при відсутності  диференційної напруги струм емітерного джерела рівномірно розподіляється між обома транзисторами. При появі u_P ми маємо  в одному з них зростання, а в іншому- пропорційне зменшення струмів. При цьому сумарний струм залишається незмінним. Якщо позначити (2j_Т/aI_E)   як диференційний опір r_Д , то

      (5.10)

де  i_KC -  струм колекторів транзисторів при відсутності вхідного сигналу.

Відповдно, напруги на колекторах зміняться на величину:

             Du_K1 = u_K - Di_KR_K;   Du_K2 = u_K + Di_KR_K.

При такому режимі роботи коефіцієнт підсилення каскаду практично такий же як і каскаду по схемі ЗЕ.

Вхідний опір , виходячи з формули ( 5.1 )

                            R_ВХ » 2h_{11 (ЗЕ)}  = 2(b+1)r_E = 2(b+1)j_T/I_E .

В практичних схемах величина вхідного опору для диференційного сигналу підвищується шляхом забезпечення високого коефіцієнта підсилення транзисторів, в тому числі використанням схем Дарлінгтона, встановленням допоміжних емітерних резисторів, використанням польових транзисторів. Подібні прийоми дають можливість підняти величину вхідного опору до величин, що починаються від декількох мегаом і вище.

Вихідний опір

                           R_ВИХ  » 2R_К.

Описані властивості операційних підсилювачів в режимі підсилення слабких сигналів (малосигнальний режим) відкривають  нові можливості їх використання. Якщо, наприклад, джерело емітерного струму являється керуємим, тобто і_Е  = f(u₃),  де u₃ –сигнал керуючий зміною емітерного струму, то приріст колекторного струму,   в відповідності до (5.9 ), і при умові  і_К  » і_Е буде визначатись  з формули:

                              .                                        ( 5.11  )

Якщо функція іЕ  = f(u3) лінійна, тобто   іЕ  = k1u3 , то формула ( 5.11 ) прийме вигляд:

                           ,               ( 5.12 )

тобто диференційний підсилювач забезпечує можливість в обмеженому діапазоні зміни вхідних сигналів виконувати операцію їх перемноження.

      Одним з часто використову-ємих режимів диференційного каскаду являється такий, при якому вхідний сигнал подається лише на один з входів, в той час як інший вхід підсилювача зазем-люється. Подібний режим зобра-жений на схемі, що приведена на рис.5.4.  В такому випадку, якщо напруга u_P не виходить за межі лінійного режиму роботи, то вона розподіляється порівну між емі-терними переходами. В результаті на емітерах по відношенню до за-гальної шини буде напруга, рівна u_P/2.  Фактично це буде означати,