2363

Поэтому каждый из каскадов ОЭ симметричной балансной схемы бу-

Как видно из сравнения формул (1.13) и (1.18), дифференциальный ко-

эффициент при подключении нагрузки уменьшается.

Так как действие синфазного сигнала приводит к одинаковому измене-

нию коллекторных токов и напряжений транзисторов, то коллекторы транзи-

сторов в схеме (рис.1.7. а) можно объединить, представив работу каскада эк-

вивалентной схемой (рис.1.9.).

Тогда из эквивалентной схемы (рис.1.9, б) коэффициент усиления син-

фазного сигнала будет равен:

22

где Rвх.сф - входное сопротивление схемы для синфазных сигналов, которое

также найдем из эквивалентной схемы (рис.1.9)

Для оценки степени усиления дифференциального и синфазного сигна-

лов применяют коэффициент подавления синфазного входного напряжения

Kп.сф . Отношение коэффициента усиления дифференциального сигнала Кд к

коэффициенту усиления синфазного сигнала Кс называется коэффициентом подавления синфазных сигналов Kп.сф (КООС):

К

Kп.сф Кд .

с

Значения коэффициента подавления достигают 10000 – 100000, т.е. 80 100

дБ.

Чем выше входное сопротивление дифференциального каскада, тем меньше входной ток синфазного сигнала, тем меньше изменения выходных напряжений Uвых1 и Uвых2. Для повышения входного сопротивления каскадно-

го входа синфазному сигналу необходимо увеличивать Rэ. Однако Rэ нельзя брать слишком большим, т.к. через этот резистор проходит ток покоя обоих транзисторов и при чрезмерно большом Rэ падение напряжения питания бу-

дет чрезмерно велико. Для устранения этого недостатка вместо резистора Rэ

включают транзистор по схеме с ОЭ, у которого сопротивление переменному току много больше сопротивления постоянному току (рис. 1.10).

23

Такая схема называется генератором стабильного тока (ГСТ). Основ-

ным функциональным звеном, обеспечивающим в ГСТ определенное и ста-

бильное значение выходного тока I0 и высокоомное сопротивление является

выходная цепь транзистора VT3, включенного по схеме ОЭ или ОИ.

Рис.1.10.1 Дифференциальный каскад с транзисторным источником тока в цепи эмиттера

Биполярный транзистор в схеме с ОЭ является стабилизатором тока,

обладающим большим выходным сопротивлением при наименьшем падении на нем напряжения. Для увеличения выходного сопротивления транзистора,

в цепь его эмиттера включают резистор сопротивлением от 100 до 1000 Ом,

обеспечивающий отрицательную обратную связь по току, а в цепь базы включают диод для температурной компенсации. При значении RT=1кОм ко-

эффициент ослабления синфазного сигнала превышает 60-80 дБ (рис.1.11).

В реальном дифференциальном каскаде с симметричным выходом не-

возможно обеспечить полную симметрию, приращение Uк1сф и Uк2сф

24

будут различными и на выходе схемы появляется Uвых.сф , который обу-

славливает дрейф нуля. Для снижения дрейфа нужно увеличивать RT.

Рис. 1.11. Дифференциальный каскад с диодом в цепи базы и резистором в цепи эмиттера источника тока

Работа дифференциального каскада с несимметричным выходом

Если нагрузка дифференциального каскада должна быть зазем-

ленной, то применяется несимметричный выход (рис.1.12)

Рис.1.12. Балансный каскад с несимметричным выходом

25

Дифференциальный коэффициент усиления дифференциального каска-

да при Rн с несимметричным выходом очевидно в два раза меньше,

чем при симметричном выходе

ренним сопротивлением RГ1 , а сигнал на входе 2 отсутствует, сигнал Uвх1

проходит через эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе VT1

и поступает на вход каскада ОБ на транзистор VT2, который усиливает сиг-

нал. При этом фаза выходного сигнала совпадает с входным сигналом, такой вход является неинвертирующим. Коэффициент усиления сигнала каскадом по первому входу К1.

противоположную, такой вход называется инвертирующим. Сигнал с входа 2

усиливается каскадом с ОЭ, в эмиттерную цепь которого включен эмиттер-

ный повторитель. В таком случае коэффициент усиления усилителя по вто-

рому входу К2.

26

Формула показывает, что выходное напряжение в схеме пропорцио-

нально алгебраической разности входных напряжений в точках 1 и 2, т.е.

каскад усиливает разность входных напряжений.

Коэффициент подавления синфазного сигнала (КОСС)

транзисторов.

В дифференциальных усилителях часто для задания эмиттерного тока транзисторов используется схема «токового зеркала». «Токовым зеркалом» называется электронное устройство с одним входом и одним или нескольки-

ми выходами, выходной ток (или токи) которого повторяет как по величине,

так и по направлению его входной ток. Простейшая схема токового зеркала на двух идентичных транзисторах VT1 и VT2 представлена на рисунке 1.12.

Транзистор VT1 используется в диодном включении.

Рис. 1.12. Схема токового зеркала

Так как его напряжение UКБ 0, то он работает на границе активного режима и режима насыщения. При этом его коллекторный и базовый токи

27

следовательно, входной ток будет повторять выходной.

Использование токовых зеркал в качестве динамической нагрузки дифференциального каскада и в качестве источника тока в цепи эмиттеров позволяет получить коэффициент усиления входного дифференциального напряжения на одном каскаде свыше 5000 (при условии, что нагрузка на вы-

ходе усилителя отсутствует) и КОСС свыше 100 000 (100 дБ).

Рис. 1.13. Дифференциальный усилительный каскад с динамической на-

грузкой и источником тока в виде «токового зеркала»

28

Входное сопротивление дифференциального усилителя может быть существенно увеличено при использовании в каскаде полевых транзисторов.

При построении таких схем предпочтение отдается полевым транзисторам с управляющим р-п переходом. Это обусловлено следующими причинами:

более высокой стабильностью их характеристик;

большой электрической прочностью затвора (меньше боится пробоя статическим электричеством), большей допустимой разностью входных на-

пряжений (до 20-ЗОВ).

Типовая схема дифференциального каскада на транзисторе с управ-

ляющим p-n-переходом и каналом n-типа приведена па рис. 1.14.. Особенно-

стью этой схемы является использование в качестве истокового токозадаю-

щего элемента источника тока на полевом транзисторе VT3 и резисторе Rи.

Резисторы Rсм1 и Rсм2 предназначены для задания начального смещения на затворах транзисторов VT1 и VT2.

Рис. 1.14. Дифференциальный усилительный каскад на полевых транзисторах

Входное сопротивление дифференциального усилителя, выполненного на биполярных транзисторах, тоже может быть значительно увеличено при использовании в каскаде составных транзисторов. Следствием этого является

29

уменьшение входного тока усилителя, что крайне важно при его использова-

нии в виде интегральной схемы.

Рис. 1.15. Дифференциальный усилительный каскад на составных транзисторах

30