Дифференциальный усилитель с динамической нагрузкой

Для увеличения коэффициента усиления усилителя K_u необходимо увеличить коллекторную нагрузку R_к, но тогда потребуется увеличить напряжение источника питания Е_к. В интегральных схемах увеличение R_к ведет к увеличению площади и габаритов микросхемы. Поэтому в ИС используется динамическая нагрузка, т.е. вместо резисторов R_к1 и R_к2 ставятся транзисторы VТ₃ и VТ₄, которые имеют низкое сопротивление по постоянному току и высокое – по переменному. Транзисторы VТ₃ и VТ₄ имеют полярность, противоположную к основным (см. рисунок 2.4).

Транзисторы VT₁ и VT₂ (n-p-n-типа) – основные, транзисторы VТ₃ и VТ₄ (p-n-p-типа) – коллекторная нагрузка. Эти транзисторы соединены коллекторами. Транзистор VТ₃ используется в диодном включении. В эмиттерной цепи ставится генератор стабильного тока (ГСТ) для уменьшения влияния синфазного сигнала на схему.

Вход ДУ – дифференциальный, выход ‑ однотактный.

Транзисторы VТ₃ и VТ₄ включены по схеме токового зеркала – отражателя токов. Ток I_к1, протекая через VТ₃, создает одинаковое смещение на базах транзисторов VТ₃ и VТ₄ U_бэ3=U_бэ4. Поэтому I_к4= I_к3, а I_к3 является током I_к1.

Следовательно I_к4=I_к1. VТ₄ повторяет изменения токов VT₁, т.е. VТ₄ полностью повторяет I_к1, поэтому пара VТ₃ и VТ₄ называется токовым зеркалом.

Найдем , U_вых и К_u. Допустим, на вход подан сигнал e_c. Приращение токов базы и . Тогда токи коллекторов и . Так как , то . Ток на выходе ДУ равен . Видно, что ток на выходе ДУ усилился в b раз и удвоился.

Выходное напряжение ДУ , где - входное сопротивление последующего каскада.

Коэффициент усиления ДУ . При .

Сопротивление может быть обеспечено в несколько сотен килоом, следовательно, коэффициент усиления ДУ по напряжению может достигать нескольких сотен и тысяч.

Таким образом, отражатель токов позволяет получить высокий коэффициент усиления по напряжению и удвоить сигнал на однотактном выходе.