6) Дифференциальный усилительный каскад

Дифференциальный каскад предназначен для усиления разности сигналов наблюдаемой между его входами. Дифференциальные усилители могут строиться на биполярных и полевых транзисторах по простым или усложненным схемам.

Рассмотрим принцип действия ДУ и формирование его усилительных

параметров на примере простейшей биполярной схемы (рис. 2.2, а). Этот

ДУ имеет два усилительных транзистора с коллекторными нагрузочными резисторами Rкн. Для усилительных транзисторов эмиттерные токи подаются от генератора стабильного тока I0 Ток I0 не должен зависеть от уровня сигналов

на входах ДУ (даже при коротком замыкании в цепи нагрузки этого генератора ток I0 должен остаться стабильным). ГСТ наиболее часто строится по схеме рис. 2.1.

Все усилительные параметры ДУ фиксируются током I0 и определяются его уровнем. Если ток I0 нестабилен, в усилителе возникают синфазные ошибки усиления по постоянной составляющей сигнала. Оба транзистора ДУ должны иметь строго идентичные характеристики, а резисторы коллекторных нагрузок Rкн1 и Rкн2 должны быть равными по номиналам. При этом условии, если входной сигнал (Uс = 0 усилитель сбалансирован и напряжение между его выходами Uвыхl — Uвых2 = 0.

Для идеально симметричного ДУ в режиме баланса эмиттерный ток I0

делится поровну между двумя усилительными транзисторами. Если пренебречь базовыми токами, можно считать, что коллекторные токи транзисторов одинаковы и равны I0 /2. Режиму баланса соответствует потенциальная диаграмма, показанная на рис. 2.2, б В этом режиме потенциал каждого выхода имеет относительно земли синфазный уровень баланса Uвых1 = Uвых2 = Uбал. Уровень баланса можно подсчитать, зная напряжение питания усилителя Е+ и уровень тока I0/2, протекающего через каждый коллекторный резистор Rкн

7) Частотные свойства, эффект Миллера

Частотные свойства усилительного каскада по входной цепи зависят от внутреннего сопротивления источника сигнала (для высокочастотных схем его необходимо выбирать минимальным), входного сопротивления каскада и его суммарной входной емкости.

У каскада с ОЭ, инвертирующего сигнал, входное сопротивление довольно велико Основная часть входной емкости этого каскада для источника сигнала определяется так называемой «емкостью Миллера» — динамическим увеличением в Кuэ + 1 раз на высоких частотах паразитной емкости Скб, которой обладает переход коллектор—база транзистора

На рис. 1.15, а показано прохождение сигнала через каскад с ОЭ. На

высоких частотах выходной сигнал инвертируется (сдвиг по фазе 180°) в приобретает задержку по фазе еще на 90° из-за спада частотной характеристика. С учетом того, что за счет емкости Скб на высоких частотах возникает дополнительный сдвиг фазы 90° и к этой емкости приложено напряжение (Кu + l)Uс (см. рис. 1.15, б), в контуре источника сигнала появляется емкостный ток положительной обратной связи Iос. Если коллекторная нагрузка имеет значительное внутреннее сопротивление, то в режиме большого сигнала (особенно, если нагрузка резонансная)«пролезание» выходного сигнала во входной контур оказывается существенным и схема может перейти в режим генерации. Напомним, что первые транзисторы сплавной

конструкции обладали столь большими размерами переходов, а соответственно и большой емкостью CK(j, что на них нельзя было

строить резонансные каскады без дополнительной нейтрализующей обратной связи из выходного контура во входной через подбираемый специально конденсатор. У планарных транзисторов емкость Скб составляет единицы пикофарад, поэтому самовозбуждение каскада с ОЭ может возникать лишь на крайних частотах.