5.4. Дифференциальный каскад с динамической нагрузкой

Для повышения коэффициента усиления дифференциального каскада вместо резистора R_к часто используют динамическую нагрузку, функцию которой выполняет источник неизменного тока на транзисторе (рис. 5.5). Подобные схемы позволяют получить коэффициент усиления дифференциального сигнала существенно больший, чем в схеме с резисторной нагрузкой.

Схемная конфигурация, собранная на транзисторах VT3, VT4 носит название «токовое зеркало». Она характеризуется тем, что при использовании транзисторов, имеющих одинаковые параметры, ток I_к3 с высокой степенью точности равен току I_к4. При изменении тока I_к3 ток I_к4 изменяется на такую же величину.

Рис. 5.5 — Дифференциальный каскад с динамической нагрузкой

Транзисторы VT1 и VT2 образуют дифференциальный каскад.

При отсутствии сигнала на входе (u_вх1(t) = u_вх2(t) = 0) схема находится в режиме покоя (баланса). Токи i_к1 = i_к2 = i_к3 = i_к4 = I_э / 2 .

Ток, протекающий через нагрузку,

i_н = i_к4 – i_к2 = 0 .

Следовательно, выходное напряжение равно нулю.

Предположим, что на входе под действием сигнала протекает входной ток i_вх(t) , который увеличивает ток i_б1(t) и уменьшает ток i_б2(t) . Изменение базовых токов вызывает изменение коллекторных токов транзисторов:

i_к1(t) = I_э / 2 + h_21э i_вх(t) ;

i_к2(t) = I_э / 2 – h_21э i_вх(t) .

Так как ток i_к4(t) равен току i_к1(t) (на основании свойства токового зеркала), то

i_к4(t) = I_э / 2 + h_21э i_вх(t) .

При этом ток, протекающий через нагрузку, равен

i_н(t) = i_к4(t) – i_к2(t) = 2h_21э i_вх(t)

Напряжение на выходе схемы

u_вых(t) = 2h_21эi_вх(t)R_н .

Коэффициент усиления каскада по напряжению

,

где R_г — сопротивление источника сигнала.

В многокаскадных усилителях сопротивление R_н является входным сопротивлением следующего каскада, величина которого с помощью средств современной схемотехники может быть обеспечена порядка нескольких сотен килоом. В связи с этим коэффициент усиления каскада с динамической нагрузкой может составлять несколько сотен.

5.5. Контрольные вопросы по теме

1. Поясните особенности подачи напряжения на входы дифференциального каскада.

2. Что называется коэффициентом подавления? Что характеризует коэффициент подавления?

3. Как зависит напряжение на выходе дифференциального каскада от синфазного и дифференциального напряжений на входе?

4. Объясните работу дифференциального каскада при поступлении на его вход дифференциального сигнала.

5. Объясните работу дифференциального каскада при поступлении на его вход синфазного сигнала.

6. Как изменится коэффициент усиления дифференциального усилителя при увеличении тока источника тока?

7. Нарисуйте потенциальную диаграмму при подаче напряжения на вход транзистора VT1 (на вход транзистора VT2).

8. Поясните работу дифференциального каскада с динамической нагрузкой.

9. Каковы достоинства дифференциального каскада с динамической нагрузкой?

10. Поясните области применения дифференциальных каскадов.

Литература по разделу 5: [1, с.140 — 246]; [5, с.140 — 214]; [6, с. 317 — 410].