2.Дифференциальный усилитель

Рассмотренный усилитель по схеме с общим эмиттером применяется достаточно широко, но имеет ряд недостатков - малое входное и большое выходное сопротивления, зависимость коэффициента усиления от параметров нагрузки. Эти недостатки частично или полностью исключены в дифференциальном усилителе.

Простейшая схема дифференциального каскада приведена на рис.14.3. Транзисторы Т₁иТ₂,а также резисторыR_к1иR_к2образуют мост. В диагональ 1 - 1^'моста включены источники питания+ Е_ки -Е_к, а такжеR_э. В диагональ 2 - 2^'включена нагрузка -R_H. Для нормальной работы каскада мост должен быть строго сбалансирован, т.е.R_к1 = R_к2,а транзисторы должны иметь одинаковые параметры, т.е. должны быть изготовлены по одной технологии, на одном кристалле. Поэтому дифференциальные каскады изготовляют в заводских условиях в виде микросхем.

Пусть . Токи транзисторовТ₁ иТ₂ создают на сопротивленииR_э падение напряженияU_Rэ,причем

. (14.9)

Это напряжение является напряжением смещения для обоих транзисторов. Так как параметры транзисторов одинаковы, то и токи транзисторов одинаковы т.е. ;;.Равные коллекторные токи создают на равных сопротивленияхR_к1 иR_к2 равные падения напряженийU_к1=U_к2.Поэтому

.

Резистор R_эобразует цепь ООС по току, обеспечивает температурную стабилизацию и устраняет дрейф нуля ( отклонениеU_выхот нуля за счет нестабильностиЕ_к).

Источник сигнала может подключаться ко входу одного из транзисторов (при этом вход другого транзистора заземляется), либо между базами двух транзисторов. Рассмотрим первый вариант включения. Пусть источник сигнала е(t)включен ко входу транзистораТ₁,т.е.U_вх1 = е.Вход транзистораТ₂ заземлен. Пусть такжее 0. Под воздействием входного сигнала увеличиваются: ток базы; ток коллектораи ток эмиттерапервого транзистора. Приращение тока эмиттераI_э1вызывает приращение падения напряженияU_Rэ(см.14.9), т.е. напряжение ООС на участке база-эмиттер транзистораТ₂и уменьшит токI_э2так, что

.

Следовательно;;.

Таким образом, благодаря ООС по току, воздействие сигнала на вход одного из транзисторов вызывает равные по величине и противоположные по знаку изменения токов и напряжений в обоих транзисторах.

Отметим, что при подаче сигнала на вход транзистора Т₂физические процессы каскада не изменятся. Однако полярность выходного сигнала будет противоположной входному.В связи с этим вход транзистораТ₁ называют прямым, а вход транзистораТ₂- инверсным. Кроме того, ко входам транзисторов можно подключать независимые источники сигналовU_вх1иU_вх2.В этом случае выходной сигнал (в классе А) может быть найден методом суперпозиции от воздействия каждого из сигналов.

Оценим основные параметры каскада. Для этого учтем, что за счет ООС всегда , а приращения тока базы протекают через входные цепи (участки база - эмиттер) двух транзисторов. Значит:

. (14.9)

Тогда

.

Если R_H=, то

. (14.10)

Из (14.10) следует, что ООС не влияет на коэффициент усиления каскада. Следовательно, R_э может быть достаточно большим.

Входное сопротивление каскада определим с учетом (14.9)

. (14.11)

Аналогично найдем, что и .

Таким образом, дифференциальный каскад имеет в два раза большие сопротивления R_вх иR_вых, а его коэффициент усиления не зависит от значенияR_э.