30. Дифференциальный усилительный каскад как составной элемент аналоговой микросхемы.

Д

Рис.1 а) базовая схема, б) схема при подаче синфазного сигнала.

ифференциальный усилительный каскад имеет два входа и усиливает разность напряжений приложенных к ним. Если на оба входа подать одинаковое (синфазное) напряжение, то усиление будет чрезвычайно мало. Дифференциальный усилительный каскад не усиливает синфазный сигнал. Дифференциальный каскад состоит из двух транзисторов, эмиттеры которых соединены и подключены к общему резистору Rэ. Для сигнала Uвх1 транзистор VT1 включен по схеме с ОЭ, а VT2 по схеме с ОБ. Для сигнала Uвх2 транзистор VT1 включен по схеме с ОБ, а VT2 по схеме с ОЭ.

Предположим, что каскад абсолютно симметричен, т.е. сопротивления резисторов, входящих в каждое плечо и параметры транзисторов VT1 и VT2 одинаковы. В этом случае при равных входных сигналах Uвх1 и Uвх2 токи транзисторов VT1 и VT2 равны между собой, а именно IК1=IК2, IЭ1=IЭ2, IБ1=IБ2. Пусть входные напряжения получат одинаковые приращения разных полярностей 0,5∆Uвх:

В результате ток одного транзистора увеличится на ∆Iк, а другого на столько же уменьшится:

При этом результирующий ток через резистор Rэ останется без изменения. Постоянным будет и падение напряжения на нем Изменения коллекторных токов вызывают изменение напряжений на коллекторах транзисторов. Напряжение Uк1=Eп1 – Iк1Rк уменьшается, что вызывает приращение - DUк1, Напряжение Uк2=Eп1-Iк2Rк возрастает, что создает соответственное приращение напряжения DUк2 .

Сигнал, снимаемый с обоих коллекторов, называют дифференциальным и он будет равен:

Если входное напряжение изменить только на одном входе на ∆Uвх, т.е. , это приведет к изменению тока через соответствующий транзистор. Но увеличение падения напряжения на Rэ приведет к уменьшению разности потенциалов между базой и эмиттером транзистора VT2 и ток его уменьшится, причем изменение тока транзистора VT2 будет таково, что приращения напряжений эмиттер-база обоих транзисторов будут одинаковы. Следовательно при увеличении Uвх1 на ∆Uвх потенциал эмиттера увеличится на ∆Uвх/2, что эквивалентно увеличению тока через резистор Rэ на ∆Iк. При этом приращение напряжения база-эмиттер для VT1 равно ∆Uвх/2, а для транзистора VT2 – ∆Uвх/2. Ток каждого плеча изменится на ∆Iк. Очевидно, что независимо от того как на вход каскада подаются напряжения, токи транзисторов меняются одинаково.

К оэффициент усиления дифференциального каскада при холостом ходе (Rн=¥) определяется как отношение разности выходных напряжений к разности входных:

Коэффициент усиления дифференциального каскада равен коэффициенту усиления каскада с ОЭ, идентичному одному плечу дифференциального каскада.

Выходное сопротивление каскада, если пренебречь сопротивлением коллекторного перехода в 2 раза выше чем у соответствующего каскада с ОЭ: Rвых≈2Rк.

Значения коэфф-та ослабления синфазного сигнала могут достигать несколько тысяч.

Дифференциальные усилительные каскады широко применяют для построения усилителей постоянного тока и логических элементов.