Усилительные свойства

Для анализа усилительных свойств удобно рассмотреть отдельно реакцию каскада на парафазный и синфазный сигналы. При усилении парафазногосигнала напряжения генераторов e_Г1 и e_Г2 равны по величине и противоположны по фазе. Подача на входы каскада такого напряжения приведет к одинаковому по величине и противоположному по фазе изменению токов транзисторов, так что суммарный ток, протекающий через резистор R_Э, не изменится. В таком случае потенциал точки “А” (рис. 4.1) останется постоянным. Это дает возможность оценить усилительные свойства каскада на основе анализа одного плеча, считая его каскадом с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 4.2, а).

Рис. 4.2. Эквивалентные схемы плеча дифференциального каскада с резистором в токозадающей цепи при усилении: дифференциального (а) и синфазного сигналов (б)

Используя известные соотношения для каскада ОЭ, получаем

K_{U ПАР} = u _ВЫХ / e_{Г ПАР} = – b R _К1/ (R_Б + r_{ВХ Э}). (4.2)

Если R_Б << r _{вх э}, то

K_{U ПАР} = – bR_К / r _{ВХ Э}= – a R _К / r _{ВХ Б} @ – R _К / r _Э = – R_КI_К⁰/j _т . (4.3)

Последнее соотношение в (4.3) дает значение K_{U ПАР} с некоторым завышением (не учтено r_Б ) и тем меньшим, чем меньше ток I_К⁰.

Входное сопротивление каскада для парафазного сигнала

r_{ВХ ПАР} = r_{ВХ Э} = r_Б + r_Э(b +1) (4.4)

может составить единицы – десятки килоОм в зависимости от тока через каскад.

При усилении синфазного сигнала напряжения генераторов e_Г1 и e_Г2 равны по величине и совпадают по фазе. Подача такого напряжения на входы каскада приводит к идентичным синфазным изменениям токов коллекторов. При этом изменение тока через резистор R_Э составляет удвоенное изменение тока коллектора одного транзистора. Данное условие позволяет анализ каскада для переменного тока свести к анализу одного плеча, включив в его эмиттер сопротивление 2R_Э (рис. 4.2, б).

Коэффициент усиления синфазного сигнала

K_{U СИНФ} = u_ВЫХ /e_{Г СИНФ} = –b R_К / (R_Б+ r_{ВХ Э}+ 2R_Э(b +1)) (4.5)

Обычно R_б, r_{ВХ Э} << 2R_Э(b +1). В таком случае

K_{U СИНФ} @ – aR_К /2R_Э. (4.6)

Поскольку 2R_Э >> r _Э , то K_{U СИНФ} << K_{U ПАР}.

Входное сопротивление каскада для синфазного сигнала

r_{ВХ СИНФ} = r_{ВХ Э} + 2R_Э(b +1) @ 2R_Э(b +1). (4.7)

Обычно r_{ВХ СИНФ} >> r_{ВХ ПАР}.

Реальный сигнал может быть разложен на синфазную и парафазную составляющие. При этом

e_Г1, е_{Г2 ПАР} = ± (e_Г1 – е_Г2)/2,

e_Г1, e_{Г2 СИНФ} = + (e_Г1 + e_Г2)/2. (4.8)

В таком случае усиление произвольного сигнала можно оценить, используя линеаризованную модель каскада, считая при этом, что усиление каждого сигнала происходит независимо:

u_К1 = K_{U ПАР} e_{Г1 ПАР} + K_{U СИНФ} e_{Г1 СИНФ},

u_К2 = K_{U ПАР} e_{Г2 ПАР} + K_{U СИНФ} e_{Г2 СИНФ}. (4.9)

Если измерять выходной сигнал как разность напряжений между коллекторами u_ВЫХ = u_К1 – u_К2, то окажется, что при условии идентичности элементов каскада

u_{вых ПАР} = u_К1 – u_К2 = (e_Г1 – e_Г2) K_{U ПАР},

u_{вых СИНФ} = 0, (4.10)

т.е. каскад реагирует только на разницу входных напряжений. Поэтому он называется дифференциальным. Можно показать, что при неидентичности элементов каскада подача синфазного сигнала приведет к появлению на выходе парафазного сигнала, и наоборот. Это всегда является нежелательным. Существенно меньшее усиление синфазного сигнала по сравнению с парафазным является ценным свойством каскада и позволяет

уменьшить влияние изменения температуры и ЭДС Е_К, Е_Э на выходной сигнал. Такие изменения одинаково воздействуют на оба транзистора и являются синфазными. Обычно стремятся так построить каскад, чтобы подавление синфазного сигнала, характеризуемое коэффициентом p, было максимальным:

p = K_{U СИНФ} / K_{U ПАР} = r_Э / 2R_Э. 4.11)

С этой целью вместо резистора R_Э часто используют динамическое выходное сопротивление r_КЭ транзистора VT3 (рис. 4.3). Транзистор VT3 задает и стабилизирует токи транзисторов VT1 и VT2. Подавление синфазного сигнала при этом составит p = r_Э1 / 2r_К3.