Lektsionnye_materialy_osen_2013 (1) / 22 ДК с дифференциально подключенной нагрузкой

22 ДК с дифференциально подключенной дополнительной нагрузкой

Рассмотренные варианты схемного построения ДК и проведенный анализ их работы были ориентированы на так называемый однофазный съем выходного сигнального напряжения. При таком съеме в качестве выходного сигнала выступает потенциал одного из выходных зажимов УП, т. е. сигнал, наблюдаемый между этим зажимом и точкой нулевого потенциала.

Часто работа ДК организована таким образом, что в качестве выходной выступает разность потенциалов u_aб между его выходными зажимами а и б, как показано на рисунке 1. Такой способ съема сигнала называется дифференциальным. При нем между коллекторами включен дополнительный двухполюсник R_н, через который при ненуленвой разности потенциалов u_aб протекает ток i_н = u_aб / R_н.

Рисунок 1. ДК с дифференциально подключенной нагрузкой

Рассмотрим передаточные свойства схемы рисунка 1, которые будем характеризовать как с помощью дифференциального К_д , так и синфазного К_с коэффициентов передачи, считая, что К_д = u_aб / (u_вх+ – u_вх–), а К_с = u_aб / [(u_вх+ + u_вх–)/2]. Рассмотрение выполним применительно к симметричному построению схемы, предполагающему равенство сопротивлений коллекторных резисторов R_к1 и R_к2. Для удобства рассмотрения двухполюсник R_н представим состоящим из двух равных частей с сопротивлением R_н/2. Благодаря симметричному построению схемы в исходном режиме потенциалы точек а и б одинаковы, вследствие чего через дополнительную нагрузку R_н ток не протекает.

При воздействии синфазного сигнала потенциалы точек а и б претерпевают одинаковые изменения, что так же не вызывает появления разности потенциалов u_aб и тока в нагрузке R_н. Следовательно, по отношению к R_н синфазный коэффициент передачи К_с = 0.

Появление на входе ДК дифференциальной составляющей u_д в сигналах u_вх+ и u_вх– вызывает нарушение в симметрии распределения тока I₀ между транзисторами. При этом их коллекторные потенциалы u_a и u_б претерпевают одинаковые, но противоположные изменения, а потенциалы точек в и г остаются неизменными. В связи с тем, что напряжение u_д не вызывает изменение потенциалов в точках в и г, они при рассмотрении прохождения дифференциального сигнала могут быть интерпретированы как точки нулевого потенциала. Указанное обстоятельство отображено на рисунке 2. Рассмотренная структура этой схемы указывает на то, что для дифференциального сигнала в роли эквивалентного сопротивления нагрузки R_эк в каждом плече выступает параллельное соединение сопротивлений R_к и R_н/2. Изменения потенциалов в точках а и б определяет соотношение

К_д = g₂₁ R_эк; i_н = u_д g₂₁R_эк / R_н,

где R_эк = R_эк  R_н/2. Здесь учтено, что u_a = – u_б, а u_aб = u_a – u_б .

Рисунок 2. Заземление общей точки коллекторных нагрузок

Рассмотренные соотношения базируются на предположении о малосигнальном воздействии напряжения u_д. В тех случаях, когда допущение о малосигнальности не является правомочным, вычисление напряжения u_aб и тока i_н следует выполнять в соответствии с уравнением Эберса-Молла или с помощью соответствующих графиков.

В схеме рисунке 1 значения входных сопротивлений для дифференциальной R_{вх д} и синфазной R_{вх с} составляющих входных сигналов u_вх+ и u_вх– существенно различаются, при этом выполняется неравенство R_{вх д} << R_{вх с}. Выведем формулы, определяющие значения этих сопротивлений.

При оценке значения сопротивления R_вхд учтем, что воздействие дифференциального напряжения u_д на вход ДК не приводит к изменению потенциала в эмиттерных цепях транзисторов, по этому точку в на рисунке 3 по отношению к воздействию на ДК дифференциального сигнала можно принять за точку нулевого потенциала. В результате становится очевидным, что по входному сопротивлению R_вхд ДК эквивалентен удвоенному значению входного сопротивления схемы ОЭ, т. е.

R_{вх д} = 2/ g₁₁. (1)

Рисунок 3. Определение входного сопротивления для дифференциального сигнала

В ходе вычисления сопротивления R_вхс отметим, что воздействие на вход ДК синфазного сигнала не нарушает симметрию в распределении потенциалов на одноименных зажимах транзисторов VT₁ и VT₂. В результате оба транзистора могут быть представлены в виде единого эквивалентного транзистора с параметрами, соответствующими параллельному соединению транзисторов VT₁ и VT₂ (рисунок 4), а сама схема по отношению синфазной составляющей сигналов u_вх+ и u_вх– ДК эквивалентна включению ОЭ_F, в котором в роли двухполюсника R_F выступает резистор R₀. В соответствии с этим, и тем, что совокупность из п параллельно включенных транзисторов имеет в п раз большее значение g-параметров, получаем

R_{вх с} =R_{вх оэ F} = (1 + 2g₂₁ R₀) / 2g₁₁  h_{21 э} R_0. (2)

Рисунок 4. Входное сопротивление для синфазного сигнала

Двухполюсник R₀ является высокоомной цепью, особенно когда в роли токозадающей цепи выступает ГСТ, а значение параметра h_{21 э} существенно превышает единицу. В соответствии с этим можно отметить, что входное сопротивление для синфазной составляющей сигналов u_вх+ и u_вх– существенно превышает входное сопротивление R_{вх д} для дифференциальной составляющей этих сигналов, именно

R_{вх с} / R_{вх д} = h_{21 э} R₀ g₁₁/ 2 = g₂₁ R₀ / 2.