Здравствуйте мои читатели! И особенно начинающие электронщики!!!
Продолжаем изучение транзисторов и каскадов на транзисторах.
И в этом материале так же пойдет речь о каскаде, полученном соединением двух каскадов с ОЭ. Такое соединение транзисторов называется дифференциальный усилитель или дифференциальный каскад ( дифкаскад ).
Но немного истории с чего всё началось и причины, заставившие решать эту задачу.
Телефонной связью в наше время удивить кого-то просто невозможно! Мобильные телефоны всех цветов, размеров и телефонных операторов связи позволяют поговорить, передать сообщение или подключиться к интернету практически в любом месте нашей огромной территории ( там где нет населённых пунктов – есть спутниковая связь!!! ). Но 145 лет прошло с момента как АЛЕКСАНДР БЕЛЛ запатентовал ТЕЛЕФОН.
Это было очень простое по современным меркам устройство, но оно в корне изменило жизнь всего человечества!
И как можно увидеть на очень старых фотографиях и в кинофильмах про времена в конце 19 века, там телефон висит на стене и микрофон установлен в этом телефоне, а наушник ( или динамик ) абонент прикладывает к уху. Почему же такое неудобство? Не могли микрофон и динамик укрепить на бруске и можно говорить сидя в кресле? Можно, но уже позднее так и сделали, а вот сразу не могли позволить такое удобство… И всё из-за акустической связи между микрофоном и динамиком – если их расположить рядом возникал свист, убрать его получалось только после удаления микрофона от динамика. Но такое неудобство продолжалось недолго и появилась телефонная трубка! И как этого добились? Очень просто – «развязали» динамик от микрофона и появился первый дифференциальный узел – дифференциальный трансформатор. Дифференциальный трансформатор решил очень много проблем в области проводной связи.
Для того чтобы дифференциальный трансформатор работал как задумано, необходимо чтобы эквивалентное сопротивление линии ( а оно стандартизовано ) связи плюс внутренняя схема АТС и величина резистора Rэкв были равны, тогда ток звуковых частот, вырабатываемый микрофоном будет разветвляться точно поровну через две полуобмотки трансформатора и из-за противофазности не будет наводить во вторичной обмотки напряжения и в телефоне не будет сигнала.
При приёме, Рис 2б, сигнал звуковых частот поступает в телефон и проходя через первичную обмотку трансформатора создаёт сигнал во вторичной обмотке, абонент слышит абонента.
Что же дал дифференциальный трансформатор для электроники?
Когда электроника достигла значительных успехов в создании активных элементов ( радиолампы, потом транзисторы ), появились дифференциальные усилители. На каких элементах их выполнять решало время. И вот появился транзисторный дифференциальный каскад – основа всех операционных усилителей, а так же многих электронных схем.
Два каскада включены эмиттерами на один резистор и получилась очень интересная схема два в одном: два каскода всего на двух транзисторах. К транзистору VT1, включенному по схеме ОЭ, подключен транзистор VT2 по схеме с ОБ – каскод для сигнала, подаваемого на базу VT1 и при выходном сигнале с коллектора VT2. Но для сигнала, подаваемого на базу VT2, получается обратная картина – VT2 включен по схеме ОЭ, а VT1 подключен к нему по схеме ОБ и это так же каскод.
И получается, что «ВЫХ 1» является одновременно выходом каскада с ОЭ на VT1 и каскода VT2+ VT1, а «ВЫХ2» выход каскада с ОЭ на VT2 и каскода VT1+ VT2. В этом каскаде синфазный сигал гасится практически полностью, в операционных усилителях есть даже отдельный параметр: подавление синфазного сигнала. На выходах дифференциального каскада присутствуют только усиленный сигнал разности между двумя входными сигналами. При этом сигналы на двух выходах одинаковы, но противоположны по фазе. Далее возможно применять оба сигнала, но обычно берется только сигнал с «Вых2», но если за первым каскадом ставится второй дифкаскад, то используют оба сигнала.
Для качественной работы дифкаскада требуется тщательная подборка всех парных элементов. Также имеет значение величина сопротивления резистора R4, регулирующего ток транзисторов, а от тока транзисторов зависит коэффициент дифференциального усиления. А стабильность тока влияет на стабильность усиления. Для удобства работы схемы обычно применяют два источника питания разной полярности, но одинаковой величины. Такое питание позволяет «привязать» базы транзисторов дифференциальной пары к «земле» и упростить их смещение.
Для задания необходимого рабочего тока вместо эмиттерного резистора включают каскад на источнике тока.
Для увеличения дифференциального усиления в коллекторные цепи так же можно включить источники тока. Обычно для этого применяют «токовое зеркало».
Возможно, также совместно с токовым зеркалом применять и источник тока в эмиттерной цепи. И схема токового зеркала может быть как простой так и сложной.
Область применения дифкаскада на «рассыпных» радиоэлементах очень широка и начинается она с простого стабилизатора напряжения в блоке питания.
На входы дифпары транзисторов подаются два напряжения: стабилизированное со стабилитрона VD1 и регулируемое с потенциометра R6, дифкаскад с коллектора VT2 подает сигнал управления на VT3, который в свою очередь регулирует выходное напряжение так, чтобы на базах транзисторов дифпары напряжения стали равны. И чем сильнее движок потенциометра R6 приближается к R7 тем выше выходное напряжение. При изменении тока нагрузки, падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора будет изменяться, но дифпара, изменяя сигнал на базе VT3 отследит и уравняет напряжения на входах и соответственно застабилизирует выходное напряжение!
И в заключении хочу привести схему усилителя из свободного доступа. Параметры схемы ( усилитель звуковой частоты, видимо, для наушников) мне неизвестны, но схема интересна своим построением.
Чем же интересна эта схема?
- в этой схеме применены два дифкаскада для получения очень большого коэффициента усиления;
- оба дифкаскада имеют источники тока в эмиттерных цепях;
- в первом дифкаскаде установлен симметрирующий потенциометр в коллекторной цепи дифпары;
- и самое интересное – два дифкаскада имеют большое усиление, оно умножается каскадом по схеме с ОЭ, далее стоят эмиттерные повторители, но в итоге коэффициент усиления всего усилителя равен всего 10!!! Как это получилось? Очень просто! Схема в итоге представляет собой мощный операционный усилитель, охваченный обратной связью с выхода на инвертирующий вход. Выходной сигнал, уменьшенный в десять раз делителем на резисторах R10 и R11, поступает на правый вход дифпары ( база VT2 ) и в итоге сигнал на выходе будет только в 10 больше по амплитуде чем входной, на базах дифпары они будут равны и выходной сигнал усиленный в 10 раз будет полностью соответствовать по форме входному сигналу. Вот такая работа является основным преимуществом дифкаскада перед другими усилителями.
Вот коротко и без формул о дифференциальных каскадах и дифференциальных сигналах.
Если материал понравился, и Вы нашли в нём полезное для себя не посчитайте за труд и оставьте свой отзыв! Очень буду рад прочитать Ваши комментарии.
Чаще заходите на мой канал, подписывайтесь! Информация учебного и познавательного характера будет регулярно пополняться!
Желаю Всем читателям здоровья и успехов в творчестве!!!
