Малосигнальные параметры входного дифференциального каскада

Рис. 22. Входной дифференциальный каскад

При увеличении дифференциального сигнала указанной полярности увеличивается, соответственно Iк(VТ1) получает приращение, ток Iк(VТ2) уменьшается, что соответствует приращению, в связи с этим ток Iб2 условно вытекает (на самом деле он так течь не может).

Рассмотрим квазилинейную модель этого каскада:

Рис. 23. Эквивалентная схема входной части каскада

для дифференциального каскада

Учитывая, то, что номинал резистора Rэ пересчитывается во входную цепь каскада с коэффициентом.

Так как – это внутреннее сопротивление источника тока, имеет большую величину, то (1+β)RЭ будет очень большим. Поэтому ток во входной цепи каскада, возникающий после подключения источника дифференциального сигнала будет протекать по цепи, указанной стрелкой. Получается, что источник дифференциального сигнала нагружен на входное сопротивление 2h11э:

,

(28)

где – объемное сопротивление базы,– дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода,– входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Учитывая это, можно записать величину тока, возникающего во входной цепи:

.

(29)

Под действием этого тока возникает приращение коллекторных токов и тогда выражение для выходного напряжения схемы можно записать следующим образом:

, ,

(30)

Так как , то:

	(31)
.	(32)

Учитывая, что, как правило, , то:

.

(33)

Рассмотрим коэффициент усиления синфазного сигнала и оценим величину синфазного входного сопротивления, для этого воспользуемся схемой рис. 23.

Рис. 23. Дифференциальный каскад при подаче синфазного сигнала

По этой схеме можно составить линейную модель для учета входного синфазного сопротивления, представленную на рис. 24. В отличие от предыдущего случая транзисторы включены параллельно по отношению к синфазному сигналу. Внутренним сопротивлением источника синфазного сигнала пренебрегаем и величину входного синфазного сопротивления можно оценить по формуле 34.

Рис. 24.Эквивалентная схема входной части каскада для синфазного каскада

.

(34)

Учитывая, что R_э – внутреннее сопротивление источника тока I₀, которое должно быть велико, получается, что:

,

(35)

,	(36)
.	(37)

Отсюда следует, что. Это сопротивление имеет величину от единиц кОм до десятков ГОм.

Меньшая цифра характерна для входных каскадов на биполярных транзисторах, большая – для входных каскадов на полевых транзисторах.

Учитывая полученное значение входного сопротивления для синфазного сигнала по эквивалентной схеме можно определить величину тока, возникающего во входной цепи под воздействием источника синфазного сигнала.

(38)

Для каждого транзистора это делится пополам и вызывает примерно одинаковое приращение токов коллектора ΔI_к. Если транзисторы симметричны, то приращение одинаковое и поэтому можно рассматривать входное напряжение только для одного транзистора:

,	(39)
.	(40)

Теперь по определению можно найти коэффициент усиления синфазного сигнала.

.

(41)

Чем больше сопротивление источника тока (), тем меньше.

Выведенные соотношения характеризуют работу схемы для низких частот или на постоянном токе. Учитывая, что параметры транзистора, а особенно , сильно зависят от частоты входного сигнала, усилительные свойства ОУ и подавление синфазного сигнала, которое в первую очередь обеспечивается во входном дифференциальном каскаде, с увеличением частоты сильно ухудшаются.

Контрольные вопросы

1. Принципы построения входного дифференциального каскада и процессы усиления дифференциального синфазного сигналов.

2. Входные сопротивления дифференциального каскада.

3. Основные параметры определяющие коэффициенты усиления ОУ.