где UБЭ - напряжение на переходе база-эмиттер; у21 - крутизна транзистора.

Как следует из (4.84), коэффициент передачи повторителя растет и стремится к единице при увеличении крутизны и сопротивления нагрузки. Крутизна транзистора зависит от тока в рабочей точке и заметно растет с его увеличением. Обычное увеличение сопротивления R3 не может дать заметных результатов и оправдано только в случае большого сопротивления собственно нагрузки (R4). С его увеличением растет общее сопротивление нагрузки и соответственно коэффициент передачи. Но с ростом сопротивления R3 увеличивается падение напряжения на нем и ухудшаются условия питания коллектора. Схема, использующая в качестве нагрузки генератор тока (рис. 4.34, г), свободна от этого недостатка. На этой схеме транзистор VT2, обладающий большим внутренним сопротивлением со стороны коллектора, используется как генератор тока, включенный в цепь эмиттера транзистора VT1. Очень часто, особенно в каскадах в интегральном исполнении, транзистор VT2 заменяется генератором стабильного тока ГСТ. Использование генераторов тока в качестве нагрузки позволяет приблизить коэффициент передачи к единице и значительно повысить входное сопротивление.

4.6.4.Дифференциальный каскад

Дифференциальный каскад (рис. 4.35) находит очень широкое применение в аналоговых устройствах. Этот каскад является одной из основных схем для построения усилителей постоянного тока, он присутствует практически во всех без исключения операционных усилителях, а также может использоваться в виде отдельного самостоятельного каскада усиления переменного тока.

184

ности источника питания, за счет изменения температуры, атмосферных явлений и прочих возможных воздействий на усилитель.

Дифференциальный каскад предназначен для усиления симметричных и несимметричных сигналов. Симметричный сигнал создается двумя генераторами с равными, но противоположными по фазе напряжениями, которые подключаются к каждому из входов дифференциального каскада. Данный усилительный каскад может возбуждаться и несимметричным сигналом, который подается на один из входов схемы (см. рис. 4.35), второй вход при этом заземляется по переменной составляющей. В этом случае входное напряжение делится поровну на переходах эмиттер-база обоих транзисторов. В режиме усиления малого симметричного (дифференциального) сигнала каскад характеризуется дифференциальным коэффициентом передачи КД, входным RВХ.Д и выходным RВЫХ сопротивлениями.

Для определения дифференциального коэффициента передачи КД воспользуемся эквивалентной схемой входной цепи каскада (рис.4.36) при условии, что на вход первого транзистора подключен источник сигнала с бесконечномалой ЭДС ЕИ и внутренним сопротивлением RИ << h11. Во входной цепи под воздействием ЕИ протекает входной ток

h11.1 = h11.2 = h11 - сопротивление перехода база - эмиттер.

Выходное напряжение на коллекторе каждого транзистора будет равно

Выходной дифференциальный сигнал между коллекторами транзисторов будет равен

186

Теперь найдем дифференциальный коэффициент передачи:

где y21 = h21 - крутизна транзистора.

h11

Таким образом, дифференциальный коэффициент передачи рассматриваемого каскада равен коэффициенту усиления одиночного резисторного каскада на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером.

Входное сопротивление каскада для дифференциального сигнала, существующее между его входами, равно

одного источника. В этом случае ток синфазного сигнала, протекающий по входным цепям транзисторов, равен

где UСС – напряжение источника синфазного сигнала.

По каждому из входов дифференциального каскада протекает ток вдвое меньший, чем I , и приводит к появлению переменного тока в каждом коллекторе:

187

Этот ток создает на коллекторном сопротивлении выходное напряжение,

равное

Синфазный коэффициент передачи определим как отношение uВЫХ.С к синфазному входному напряжению UCC :

Таким образом, величина синфазного коэффициента передачи тем меньше, чем больше сопротивление в цепи эмиттеров. Очень часто для увеличения этого сопротивления в цепь эмиттеров включают генератор стабильного тока на транзисторах, чье эквивалентное выходное сопротивление по переменному току составляет десятки-сотни кОм.

Если выходной сигнал дифференциального каскада снимается только с одного плеча, то синфазную помеху, которая накладывается на выходной дифференциальный сигнал, можно пересчитать во входную цепь через дифференциальный коэффициент передачи КД. Выходная синфазная помеха, приведенная ко входу, позволяет определить минимальный уровень полезного сигнала между входами, который может быть обнаружен на фоне синфазных помех.

Таким образом, напряжение UCC, присутствующее на входах, вызывает между этими входами дифференциальное эквивалентное напряжение ошибок:

188

где RЭ - сопротивление в цепи эмиттеров.

Ослабление синфазной помехи тем с больше, чем больше сопротивление RЭ. Для увеличения ослабления это сопротивление очень часто заменяют генератором стабильного тока. Положительный эффект дает также симметрирование схемы путем подбора величин соответствующих элементов. Наиболее просто симметрия плеч достигается путем изменения коллекторных сопротивлений. Критерием оптимальной настройки при этом служит снижение до минимума уровня синфазной помехи на выходе дифференциального каскада. Коэффициент ослабления синфазного сигнала может быть выражен в логарифмической форме

Коэффициенты ослабления синфазного сигнала КОСС.ДБ современных

дифференциальных каскадов достигают от -60 до -100 дБ.

Выходное сопротивление дифференциального усилителя, действующее между его выходами, определяется последовательным включением выходных сопротивлений каскадов, образующих дифференциальную пару:

где h22.1 = h22.2 = h22 - выходные проводимости транзисторов дифференциальной пары.

Частотная фазовая и переходная характеристики дифференциального каскада не отличаются от характеристик обычного резисторного каскада, так как на частотные фазовые и переходные искажения в этих каскадах влияют одни и те же элементы схем.

189