5.3. Диференціальні підсилювачі
В даний час найбільшого поширення набули УПТ на основі диференціальних (паралельно-балансних або різницевих) каскадів. Такі підсилювачі просто реалізуються у вигляді монолітних ІМС і широко випускаються промисловістю (Кт118уд, Кр198ут1 і ін.). На малюнку 5.5 приведена принципова схема простого варіанту диференціального підсилювача (ДУ) на БТ.
Любой
ДУ выполняется по принципу сбалансированного
моста, два плеча которого образованы
резисторами
и
,
а два других - транзисторами
и
.
Сопротивление нагрузки
включено в диагональ моста. Резисторы
цепи ПООСТ
и
обычно невелики или вообще отсутствуют,
поэтому можно считать, что резистор
подключен к эмиттерам транзисторов.
Двохполярне живлення дозволяє обійтися на входах (виходах) ДУ без мостових схем за рахунок зниження потенціалів баз (колекторів) до потенціалу загальної шини.
Рассмотрим
работу ДУ для основного рабочего режима
- дифференциального. За счет действия
транзистор
приоткрывается, и его ток эмиттера
получает приращение
,
а за счет действия
транзистор
призакрывается, и ток его эмиттера
получает отрицательное приращение
.
Следовательно, результирующее приращение
тока в цепи резистора
при идеально симметричных плечах близко
к нулю и, следовательно, ООС для
дифференциального сигнала отсутствует.
При
аналізі ДУ виділяють два плечі, що є
каскадами з ОЕ, в загальний ланцюг
емітерів транзисторів яких включений
загальний резистор
яким
і задається їх загальний струм. У зв'язку
з цим представляється можливим при
розрахунку частотних і тимчасових
характеристик ДУ користуватися
співвідношеннями підрозділів 2.5 і 2.12 з
урахуванням зауважень, приведених в
підрозділі 4.4. Наприклад, коефіцієнт
посилення диференціального сигналу
буде рівний у разі симетрії плечей (див.
підрозділ 4.4)
тобто
диференціальний коефіцієнт посилення
рівний коефіцієнту посилення каскаду
з ОЕ.
ДУ
відрізняє малий дрейф нуля, великий
коефіцієнт посилення диференціального
(протифази) сигналу
і великий коефіцієнт придушення синфазних
перешкод, тобто малий коефіцієнт передачі
синфазного сигналу
.
Для забезпечення якісного виконання цих функцій необхідно виконати дві основні вимоги. Перше з них полягає в забезпеченні симетрії обох плечей ДУ. Наблизитися до виконання цієї вимоги дозволила мікроелектроніка, оскільки тільки в монолітній ІМС близько розташовані елементи дійсно мають майже однакові параметри з однаковою реакцією на дію температури, старіння і тому подібне
Друга вимога полягає в забезпеченні глибокої ООС для синфазного сигналу. Як синфазний сигнал для ДУ виступають перешкоди, наведення, що поступають на входи у фазі. Оскільки створює глибоку ПООСТ для обох плечей ДУ, то для синфазного сигналу спостерігатиметься значне зменшення коефіцієнтів передачі каскадів з ОЕ, створюючих ці плечі.
Коефіцієнт посилення кожного плеча для синфазного сигналу можна представити як каскаду з ОЕ при глибокій ООС. Згідно підрозділу 3.2 маємо:
,
.
Тепер можна записати для всього ДУ:
,
де
.
Для оцінки придушення синфазного сигналу вводять коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу (КОСС), рівний відношенню модулів коефіцієнтів передач диференціального і синфазного сигналів.
Із сказаного виходить, що збільшення КОСС можливо шляхом зменшення розкиду номіналів резисторів в ланцюгах колекторів (у монолітних ІМС - не більше 3%) і шляхом збільшення . Проте збільшення вимагає збільшення напруги джерела живлення (що неминуче приведе до збільшення розсіюваної теплової потужності в ДУ), і не завжди можливо із-за технологічних труднощів реалізації резисторів великих номіналів в монолітних ІМС.
Вирішити цю проблему дозволяє використання електронного еквівалента резистора великого номінала, яким є джерело стабільного струму (ІСТ), варіанти схем якого приведені на малюнку 5.6.
ІСТ
підключається замість
(див. малюнок 5.5)а заданий струм і
термостабільність забезпечують елементи
Використання ІСТ дозволяє реалізувати ДУ у вигляді економічної ІМС, з КОСС порядку 100дБ.
При використанні ПТ характер побудови ДУ не міняється, слід тільки враховувати особливості живлення і термостабілізації ПТ.