Исследование дифференциального усилителя (ДУ)

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Изучить особенности работы дифференциального усилителя.

2. Исследовать работу усилителя в присутствии сигнала помех.

3. Сделать выводы о применимости данной схемы.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Дифференциальный усилитель (ДУ) предназначен для усиления разностного сигнала, то есть, выходное напряжение ДУ пропорционально разности напряжений, поступающих на его входы.

Работу УПТпоясняет схема, изображенная на рис. 15.1. Как видно из рис. 15.1, схема УПТ симметрична и представляет собой два одинаковых усилителя, собранных по схеме с ОЭ. Тождественность усилителей обуславливает равенство их выходных напряжений при отсутствии входных сигналов. Таким образом, в отсутствие входных сигналов показания вольтметров pV1 и pV2 равны, а вольтметр pV показывает напряжение, равное нулю.

При подаче напряжения на один из входов (на рис. 15.1 оно подано на вход VT1) один из транзисторов открывается: ток его коллектора возрастает, а напряжение коллектор – эмиттер снижается (в данном случае это VT1). Это приводит к запиранию другого транзистора (в данном случае, транзистора VT2), поскольку ток через резистор R₃ равен сумме токов колллекторов I_K1 и I_K2. Это доказывает, что напряжение на выходе УПТ будет пропорционально разности входных напряжений.

На практике УПТ применяют для устранения помех. Для этого на входы УПТ подают один и тот же сигнал с разностью фаз, равной 180°. Это приводит к тому, что разность входных напряжений приводит к их удвоению, а внесенные в сигналы помехи вычитаются и существенно снижаются по амплитуде.

Применение УПТ целесообразно в устройствах примема и обработки информации, где соотношение сигнал/шум должно соответствовать заданным величинам.

Рис. 15.1 Схема для исследования УПТ на постоянном токе

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Для проверки работы исследуемого ДУ по постоянному току следует собрать схему, представленную на рис. 15.1. Установив напряжение источника U1 = 0,1 В, следует изменять напряжение источника U2, и измерять показания вольтметра pV; результаты измерений следует занести в табл. 15.1. По данным табл. 15.1 следует построить амплитудную характеристику усилителя U_ВЫХ(ΔU_ВХ).

2. Для проверки работы ДУ по переменному току следует собрать схему, показанную на рис. 15.2 (сигналы источников Us1 и Us2 должны быть инверсными по отношению друг к другу); вывести и зарисовать осциллограмму выходного напряжения, амплитуда сигнала помехи которого будет практически подавлена.

Рис. 15. 2 Схема для исследования работы УПТ в режиме подавления помехи

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Схема ДУ для постоянного тока.

2. Схема ДУ для переменного тока.

3. Амплитудная характеристика усилителя U_ВЫХ(ΔU_ВХ).

4. Осциллограмма выходного напряжения с подавленной помехой.

5. Выводы по работе.

ВЫВОДЫ

1. Особенностью работы ДУ является его способность подавлять синфазную помеху, поступающую одновременно на оба входа усилителя.

2. Недостатком ДУ является сложность достижения симметричности схемы по причине разброса параметров транзисторов и включенных в нее резисторов. Для устранения этого недостатка применяются специальные схемотехнические решения.

3. Недостатком схемы также является двуполярное питание, удорожающее стоимость всего устройства.