5. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ

На входе системы автоматического регулирования сравниваются две величины: регулируемая и эталонная Их разность усиливается и воздействует на исполнительный механизм, приводящий систему в состояние равновесия. Дифференциальные усилители (электронные вычитатели) применяются для усиления выходных напряжений мостовых схем и в других случаях [9].

Напряжение включенное между входами вычитателя, называется противофазовым, а напряжения включенные между каждым входом и землей, — синфазными.

К вычитателю предъявляется основное требование он должен реагировать только на противофазовые напряжения независимо от величины

Выходное напряжение схемы вычитателя выражается в виде

где — коэффициенты усиления схемы вычитателя по первому и по второму входам соответственно.

Схема вычитателя тем совершеннее, чем больше коэффициент относительно коэффициента

Дискриминацией, или коэффициентом ослабления синфазных напряжений называется отношение

Чем больше дискриминация тем совершеннее дифференциальный усилитель. В реальных вычитателях . Дискриминация вычитателя с однотактным выходом измеряется в виде отношения коэффициента усиления напряжения, подведенного между сетками ламп, к коэффициенту усиления напряжения, когда входное напряжение подводится между замкнутыми между собой сетками и землей. В дифференциальном усилителе с двухтактным выходом дискриминация измеряется в виде отношения напряжения между анодами при подведении входного напряжения между сетками, к коэффициенту усиления напряжения, снимаемого между анодами при входном напряжении, подведенном между замкнутыми между собой сетками и землей.

Синфазные напряжения можно рассматривать в дифференциальном усилителе как напряжения помех. Эти напряжения необходимо подавлять, чтобы они не перегружали выходные каскады. Последний параметр можно оценить с помощью понятия дискриминации по уровню, которая представляет собой отношение коэффициента усиления при выходном сигнале, снимаемом между анодами и входном напряжении, подведенном между сетками, к коэффициенту усиления напряжения при выходном напряжении, снимаемом между любым анодом и землей, и при входном напряжении, подводимом между замкнутыми между собой сетками и землей. При больших значениях дискриминации по уровню перегрузка выходного каскада синфазными напряжениями исключается.

Рис. II.13. Схема дифференциального усилителя с катодной связью

Дифференциальный каскад с катодной связью показан на рис. II. 13. Он представляет собой объединение катодного повторителя и усилительного каскада. Входное напряжение подается между сеткой каждой лампы и землей; выходное напряжение снимается с сопротивления анодной нагрузки второй лампы. Поскольку передача напряжения через катодный повторитель (на меньше, чем через лампу то при на выходе будет напряжение сигнала, тогда как в идеальном вычитателе в этом случае выходное напряжение . В схеме рис. II.13

Следовательно, дискриминация возрастает при увеличении Если применяется большое то необходимо компенсировать падение напряжения на нем с помощью отдельного источника смещения При .

Другой, более простой способ увеличения дискриминации в вычитателе с катодной связью состоит в применении делителя напряжения, включенного между источником сигнала и сеткой второй лампы. С помощью этого делителя сигнал на второй вход ослабляется и усиление по каждому входу становится одинаковым.

Дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связьюпо тракту синфазных напряжений. Симметричный параллельно-балансный каскад в качестве вычитателя несовершенен, поскольку его дискриминация мала (порядка 10) вследствие различия передачи напряжения по каждому входу. Этот недостаток ослабляется при использовании большого которое увеличивает дискриминацию до 1000. Но применять очень большие нельзя, так как в этом случае

потребуется увеличивать напряжение источника питания для компенсации падения напряжения на Установлено, что лучший способ увеличения дискриминации состоит в применении глубокой отрицательной обратной связи по тракту синфазных напряжений.

Рис. II.14. Схема дифференциального усилителя на параллельно-балансном каскаде с ОС по тракту синфазных напряжений

Одна из таких схем показана на рис. II.14. Она представляет собой симметричный параллельно-балансный каскад на лампах сопротивление автоматического смещения которого заменено анодной цепью лампы предназначенной для компенсации синфазных напряжений. Между анодами и включен высокоомный потенциометр скользящий контакт которого (точка ) через конденсатор С присоединен к сетке При увеличении входных синфазных напряжений, напряжение точки к уменьшается, на сетку поступает отрицательное приращение напряжения. Поэтому сопротивление анодной цепи постоянному току возрастает и напряжение катодов увеличивается. Таким образом создается отрицательная обратная связь по тракту синфазных напряжений. Этим методом дискриминация повышается до 5000 и выше.

Использование описанного метода и применение вычитателя с активным каскадом позволило увеличить дискриминацию до 108.