Диференціальні каскади

Ефективним засобом зменшення впливу зовнішніх факторів (зміни температури, напруги живлення, розкиду параметрів на роботу підсилю­вача) є використання диференціальних каскадів (ДК), в яких застосову­ється принцип балансу електричного мосту (рис. 7.20, а, б).

Рисунок 7.20 – Електричні схеми диференціальних каскадів на БТ (а) і ПТ (б)

У такій схемі два однакових підсилювальних елементи та утворюють два плеча мосту, іншими плечами якого є два однакових ре­зистори навантаження та . Напруга живлення, яка прикладається до вертикальної діагоналі мосту, збалансована на горизонтальній діагоналі, що є виходом. Тому зміна напруги живлення та однакові зміни параметрів елементів схеми від коливань температури чи старіння елементів теоретично не спричиняють зміни напруги у вихідному колі такого каскаду, що в свою чергу дозволяє підсилювати сигнали малого рівня, згідно з чим ця схема нечутлива і до синфазних вхідних сигналів (рис. 7.21). Для утворення корисної вихідної напруги потрібно прикласти до його входів сигнали з протилежними фа­зами, тобто парафазний чи диференціальний сигнал.

Рисунок 7.21 – Схема подання синфазних вхідних сигналів

У цьому разі визначиться тільки диференціальним вхідним сигналом і не буде залежати від синфазного сигналу. Але в реаль­них умовах повної ідентичності плеч досягти неможливо і тому синфазний сигнал буде спричиняти деяку зміну вихідної напруги.

Розрізняють кілька типів схем ДК: несиметричний вхід – симет­ричний вихід; симетричний вхід – несиметричний вихід; симетричний вхід – симетричний вихід.

Оцінки властивостей ДК здійснюються такими параметрами:

- плечовий коефіцієнт підсилення

,

(7.40)

характеризує схему виду симетричний вхід – несиметричний вихід, тоб­то, коли сигнал знімається з одного плеча;

- диференціальний коефіцієнт підсилення

.

(7.41)

З виразу (7.41) видно, що диференціальний коефіцієнт підсилен­ня дорівнює сумі плечових.

Як вже зазначалося, теоретично ДК не підсилює загальну синфазну складову вхідного сигналу, але внаслідок асиметрії реальної схеми ДК вихідна напруга

,

де — напруги між кожним із входів ДК та загальним виводом схеми, амплітуди та фази яких збігаються; — коефіцієнт підсилен­ня синфазного вхідного сигналу.

Одним з показників якості є коефіцієнт послаблення синфазного сигналу

,

(7.42)

Як відомо, поліпшити показники підсилювального каскаду можливо тільки охопленням його ВЗЗ. У ДК ці функції виконує резистор , який служить для симетрування схеми. Ефективність дії ВЗЗ зростає із зростанням , але спад напруги постійного струму на цьому рези­сторі не дозволяє використовувати значні опори. Виходом з цього протиріччя є використання ДК з генератором стабільного струму ГСС, який має великий опір змінному струму і малий – сталому (диференціальний та статичний опір транзистора).

Зразком ДК з ГСС, виконаного за інтегральною технологією, є ІМС К118УД1 (рис. 7.22). Він складається з диференціальної пари , з навантаженням , та ГСС з колом зміщення , , , .

Коефіцієнт підсилення ДК прямо пропорційний струму ГСС, який у свою чергу залежить від струму кола зміщення (способу вмикання виводів 8 та 11). Максимальний коефіцієнт підсилення досягається, коли ввімкнуті виводи 8 до джерела . Характеристики та зображені на рис. 7.23 та 7.24.

Рисунок 7.22 – Електрична схема ІМС К118УД1

Рисунок 7.23 – Наватажуваьна характеристика підсилювача К118УД1

Рисунок 7.24 – АЧХ підсилювача К118УД1