§ 8.3. Дифференциальный каскад

Выходное напряжение дифференциального каскада пропорционально разности двух входных напряжений и в идеальном случае не зависит от их величины, если они изменяются одинаково. Схема простейшего дифференциального каскада изображена на рис. 8.6. В этой схеме входные напряжения измеряют относительно нулевой шины, а под выходным напряжением понимают величину отклонения потенциала анода от начального значения. Нетрудно заметить, что знак иых совпадает со знаком Кд, и противоположен знаку BX2* Поэтому одновременные и одинаковые по величине и знаку изменения обоих входных напряжений вызывают лишь небольшие изменения выходного напряжения, в идеальном случае равные нулю. Если, однако, входные напряжения отличаются друг от друга, то выходное напряжение получается большим и пропорциональным разности входных напряжений.

Усиление дифференциального каскада характеризуется коэффициентом усиления разности входных напряжений

Рис. 8.6. Принципиальная схема дифференциального каскада.

1 при и , + Квх 2 = const

(8.7)

и коэффициентом усиления среднего уровня (значения) входных

дрейфа, происходящего из-за изменения сеточных токов. Конденсаторы Cg, C и служат для понижения полного выходного сопротивления каскада на высших частотах и улучшения частотной характеристики. Величину С, выбирают по условию С,Сд. После тщательной настройки дрейф каскада не превышает \ мв в течение 4-6 часов.

Уменьшение дрейфа обратной связью. В многокаскадных усилителях уменьшить дрейф лучше всего введением отрицательной обратной связи. При этом дрейф всех видов уменьшается в (1-Лф) раз. Исключение составляет дрейф, возникающий в цепях сеток и катодов первого каскада. Обычной обратной связью такой дрейф не может быть уменьшен, так как его невозможно отделить от входного сигнала.

Для уменьшения дрейфа до нескольких микровольт устраивают усилители с обратной связью, описанные в § 8.7.

Ri + Ra2{l + m

напряжений

Р Uex.-3.. = C0nst. (8.8)

При произвольных значениях входных напряжений величина выходного напряжения, очевидно, равна

вых = ( вх.-Ивх.)/р + + -к,. (8.9)

Определим и /ify через частные коэффициенты усиления K, = ~f при и , = const,

ВХ1

2 = 1? Р Иех,= const.

ВХ2

Пользуясь частными коэффициентами усиления, выразим величину выходного напряжения

вых = вх,1 + вх22.

после чего тождественно преобразуем написанное выражение:

bxii вх21 вх12 I вхгКг i

ВЫХ 2 2 2 2

I bxiKi , вх 21 , вх Iks 1 ВХ22

2f 2f 2 2

После группировки общих сомножителей (отдельно в первой и отдельно во второй строке равенства) получаем:

вых=(вх -Ивх2) VYiK. + K). (8.10)

Сравнивая (8.9) и (8.10), замечаем, что

/Ср = Ц% (8.11)

К = К, + К,. (8.12)

Теперь остается определить K и по параметрам ламп и каскада. Будем полагать, что

ti, = ti, = ti, Ru = Ri, = R!, но Ра.ФКа.- (8-13)

Частный коэффициент усиления K был определен в главе 5 следующим образом (5.93):

260 УСИЛИТЕЛИ постоянного ТОКА [гл. 8

Коэффициент определим как коэффициент усиления каскада

с анодной нагрузкой R, учитывая, что в катодной цепи Л2 включено выходное сопротивление каскада Л1 по катоду (слева от разрыва, намеченного на рис. 8.6 пунктирной линией):

Лвых 1 -

(1 + Rai Rk

После преобразований формулы (8.14) с учетом условия (8.13) получаем:

Согласно выражениям (8.11) и (8.12) находим расчетные формулы:

о 1 Rj Rgi

IV- Иаг (1 \У) Rx ,о лсу\

-2(Ri + Ra,) , , Rj + Rg, . Ri + R

Ri + Ra.ii + li)R

(1 + И) /8 171

2(R,+i? ,) . , Ri+Rg, . Ri + Rg,

Качество работы дифференциального усилителя характеризуется отношением

2 Ri + Rg,

Если необходимо, чтобы выходное напряжение дифференциального усилителя было пропорционально разности входных напряжений, то коэффициент q необходимо уменьшать, по возможности, до нуля. Эту необходимость можно пояснить примером. Предположим, что q=-0,02, а входные напряжения ц,-- 2 - + 20 е. Вследствие того, что КуфО и qi=Q, на выходе будет напряжение

Ивь,х = 20/Су,

причем величина этого напряжения такая же, как и величина выходного напряжения, которое появилось бы при наличии разности

А вх = вх -ивх = t Ч = 20(--0,02) = -0,4 в.