ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ КАСКАДЫ

Дифференциальный усилитель – это каскад, образован двумя симметрично включёнными транзисторами V1 и V2, эмиттеры которых соединены вместе и связаны с корпусом через общее сопротивление R_Э (Рис.25). Поскольку в настоящее время симметричные схемы используется в усилительной техники часто, то важно запомнить несколько свойств, которые выгодно отличают их от обычных несимметричных каскадов.

Дифференциальный усилитель является базовой ячейкой для большинства интегральных микросхем, так как они не содержат элементов, не поддающихся интеграции. Такими являются электролитические конденсаторы, например С_Р и С_Э, которые отсутствуют в схеме, но их функции выполняются согласно их назначению.

Источник входного напряжения может включаться как между каждым из входов (А) или (В) и общим проводом (не симметричный вход) так и между входами (А) и (В) (симметричный вход), при этом оба полюса источника сигнала должны быть изолированы от корпуса.

Выходное напряжение схемы U_ВЫХ может сниматься с любого коллектора относительно общего провода (не симметричный выход) или с нагрузки, включенной между коллекторами транзисторов - точками (С) и (Д) (симметричный выход).

- 18 -

Рис.25. Схема дифференциального усилителя с симметричным входом и выходом.

При симметричным выходов U_ВЫХ = U_{К (С)} – U_{К (D)}

Все симметричные схемы сбалансированные для синфазно меняющихся параметров, т.е. это не приводит к изменению выходных напряжений и токов. Поэтому в режиме усиления входные сигналы U_ВХ.1 иU_ВХ.2должны быть противофазные. При симметричном возбуждении это происходит автоматически.

Наиболее полноценные свойства дифференциального усилителя проявляются при симметричном входе и выходе. Запомним их !

1. В режиме покоя постоянные напряжения на коллекторах транзисторов одинаковые U_{0К (С)} = U_{0К (D)}, поэтому постоянное напряжение на нагрузке U_0Н= U_{0К (С)} - U_{0К (D)}= 0. Таким образом несмотря на отсутствие разделительных конденсаторов С_Р постоянная составляющая в нагрузку не попадает.

2. Через общий резистор автосмещения R_Э протекает ток двух транзисторов I_Э’иI_Э''. В режиме покоя токи I_0Э’иI_0Э'' равные по величине, совпадают по направлению и складываются I_0Э =I_0Э’ + I_0Э'', обеспечивая ООС по постоянному току.

Несмотря на отсутствие конденсатора С_Э, в схеме нет ООС по переменному току, которую он устранял. Это объясняется тем, что противофазное симметричное возбуждение транзисторов приводит к противофазному и синхронному изменению токов I_mЭ’иI_mЭ''. Следовательно общий ток через R_Э равен I_mЭ =I_mЭ’ - I_mЭ'' = 0 для переменной составляющей сигнала.

3. Усиление диф. каскада вдвое больше, чем для одного транзистора в схеме с ОЭ.

U_ВЫХ = U_{mК (С)} –(– U_{mК (D)}) = 2 U_mК

4. Все симметричные схемы нечувствительны к синфазным помехам, к которым относятся все паразитные наводки и помехи, обусловленные непостоянством питающих напряжений, колебанием температуры и ста­рением элементов.

5. При возникновении нелинейных искажений в выходном сигнале появляются множество гармоник. Симметричные схемы способствуют уменьшению нелинейных искажений за счёт компенсации чётных гармоник.

Лучшими параметрами обладает схема дифференциального усилителя с использованием в качестве элемента эмиттерной свя­зи токостабилизирующего двухполюсника на транзисторе V3(Рис.26).

Большое динамическое сопротивление R_Э.ДИН. позво­ляет, не увеличивая потерь мощности, источника питания, повысить эффективность подавления синфазных помех, для кото­рых R_Э.ДИН., создает глубокую ООС по току.

- 19 -

Рис.26. Диф. усилитель с токостабилизирующим транзистором.

Кроме того, получается хорошая стабилизация коллекторных токов транзисторов V1 и V2, поскольку их сумма равна току коллектора транзистора V3, который благодаря схеме ОБ высокостабилен: I_0K3 = I_0K1 + I_0K2