Дифференциальный каскад

При рассмотрении каскада с ОЭ обнаружен ряд трудностей, возникающих при создании усилителей. Первое – при стабилизации режима покоя с помощью сопротивления R_э происходит значительное снижение коэффициента усиления каскада в результате действия ООС.

Второе – при связи каскадов друг с другом коэффициент усиления уменьшается за счет потерь на резисторных элементах для исключения этого снижения необходимо применять схемы со сложным источником питания.

Третье - в усилителях имеется дрейф нуля..

Эти недостатки частично или полностью исключаются в дифференциальном каскаде. Это такой усилитель, который предназначен ддля усиления разности двух входных сигналов. Усилитель будет идеальным если выходной сигнал зависит только от разности входных сигналов, но не от их уровня.

Простейшая схема такого усилителя приведена на рис. 2.21. Транзисторы V1,V2 и резисторы R_k1, R_k2 образуют мост, в одну диагональ которого включен источник питания, а в другую – нагрузка. Дифференциальный каскад иногда называют параллельно-балансным каскадом. Высокие показатели каскада могут быть достигнуты только при высокой симметрии моста. Таким образом, каскад строится на основе ИМС.

Режим покоя

Напряжение смещения на обоих транзисторах одинаково: U _бэ.п1 =U_бэ.п2 = -U_эп При этом величина U_э.п = -E_к +(I_эп1+I_э.п2)R_э<0. За счет положительного смещения на базах через транзисторы протекают равные токи: I_б.п1 =I_б.п2,

I_к.п1 = I_к.п2, I_э.п1=I._э.п2.Коллекторные токи создают падение напряжения на резисторах R_k1, R_k2, поэтому U_кэ.п1 =U_кэ.п2=Е_к1 – I _кп.1 R_к1 – U_эп.= E_к1 – I_кп2 R_кп.2 – U_эп. На выходе каскада имеем U_вых = U_кэ2 – U_кэ1 =0.

.

Рис 2.21. Схема диффенциального каскада.

В таком каскаде осуществляется стабилизация режима покоя. Если при нагреве возрастут I_кп1 и I_кп2 увеличится ток I_эп1 + I_эп2, протекающий через R_э. и напряжение U_эп возрастет: ΔU_эп>O. Напряжение U_бэ.п1 =U_бэ,п2 = -U_эп уменьшится, эммитерные переходы транзисторов станут пропускать меньший ток, в результате токи коллекторов будут стабилизированы. Напряжение ΔU_эп – это сигнал ОС, стабилизирующий суммарный ток (I_эп1 + I_эп2). В дифференциальном каскаде R_э велико и стабилизация точки покоя весьма точна, поэтому можно считать, что I_эп1 +I_эп2 = const,т.е. через резистор R_э на схему каскада подается стабильный ток. Работа каскада не изменится, если заменить R_э источником постоянного тока (I_эп1 + I_эп2).

Рассмотрим проблему дрейфа нуля. Предположим, что источник питания Е_к1 нестабилен и ЭДС увеличилась. Увеличиваются напряжения на коллекторах на значение

ΔU_кэ1=-ΔU_кэ2. При этом ΔU_вых=0, т.е. дрейф отсутствует. Другой вариант нестабильности: при нагреве увеличивается коллекторный ток, у обоих транзисторов, так как транзисторы идентичны. При этом ΔU_кэ1=ΔU_кэ2, ΔU_вых=0, и дрейф нуля отсутствует. Любые симметричные изменения в схеме не вызывают дрейфа нуля. В реальных каскадах симметрия неполная, однако, дрейф нуля на несколько порядков меньший, чем в рассмотренных раннее усилителях.