Материал: Попов Э.Г. Основы аналоговой техники. Учеб. пособие для студ. радиотехнических спец

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

4.6.5. Усилитель с динамической нагрузкой

Для каскадов предварительного усиления основной задачей является получение большого коэффициента усиления и максимального выходного напряжения. Из предыдущего анализа уже известно, что для увеличения этих значений необходимо увеличивать сопротивление нагрузки и напряжение питания. Однако очень часто такие действия оказываются невозможными. Так, напряже-

ние питания, как пра-

ны выходные характеристики транзистора с нагрузочной прямой по переменному току. Для обычного резисторного каскада нагрузочная прямая по переменному току проходит через рабочую точку 1. Этой прямой и изменению тока базы c амплитудой IБM соответствует амплитуда выходного напряжения UКM1. Если при положительной полуволне тока базы рабочую точку сдвинуть в положение 2, а при отрицательной - в точку 3, то амплитуда выходного напряжения UКM2 увеличится.

На практике получение такого эффекта достигается путем включения в коллекторную цепь транзистора вместо обычного резистора RK управляемого сопротивления, роль которого может играть дополнительный биполярный или полевой транзистор (см. рис. 4.39, а, б). Действие динамической нагрузки легко

190