Такие каскады используются довольно широко, если не сказать, что в современных усилителях применяются наиболее часто. Основные достоинства - удобство создания усилителей с симметричным, инвертирующим и неинвертирующим выходами, простота достижения высокой стабильности режима работы, возможность плавной регулировки усиления и использование различных способов обратной связи. Дифференциальные каскады входят в состав практически всех операционных усилителей (ОУ).
На рисунке 5 показана упрощенная схема дифференциального каскада.
Рис. 5 - Схема дифференциального каскада с питанием от одного источника
Входное напряжение может быть подано симметрично (парафазно) - между базами транзисторов, или несимметрично - между базой одного из транзисторов и общим проводом, с которым в этом случае непосредственно или через резик должна соединяться база второго транзистора. Выходной сигнал аналогично можно снимать симметрично - между коллекторами транзисторов, или несимметрично - между коллектором одного из транзисторов и общим проводом. Если сигнал подается на вход и снимается с выхода несимметрично, каскад может быть инвертирующим и неинвертирующим. При несимметричном выходе коллектор одного из транзисторов, с которого не снимается выходной сигнал, может быть соединен с проводом питания напрямую.
При питании дифференциального каскада от одного источника на оба входа должны быть поданы положительные напряжения. При условии равенства внутренних сопротивлений источников сигналов и их ЭДС и идентичности транзисторов базовые токи равны, соответственно равны коллекторные и эмиттерные токи. Если равны сопротивления в цепях коллекторов, выходное напряжение равно нулю. Поскольку имеется разброс значений параметров транзисторов, остается незначительное напряжение - напряжение дрейфа или ошибки.
Резик Rэ в цепи эмиттеров создает в каждом плече каскада ООС, уменьшающую усиление синфазного сигнала и, соответственно, дрейф нуля на выходе. Усиливаемый парафазный сигнал не создает на резике Rэ падения напряжения, поскольку для этого сигнала токи транзисторов равны и противоположны по фазе. В результате парафазные сигналы усиливаются без ослабления, синфазные уменьшаются. Всё же на резике Rэ теряется часть напряжения питания.
Дифференциальный каскад можно питать и от двуполярного источника, как показано на рисунке 6. При этом потенциалы баз транзисторов можно сделать близкими к потенциалу корпуса (общего провода), что позволяет подключать источники сигналов, на выходе которых отсутствует постоянное напряжение, непосредственно ко входам каскада, т. е. без разделительных кондеров. Кроме того, стабилизируется ток через резик Rэ.
Рис. 6 - Дифференциальный каскад с питанием от двух источников
Такие дифференциальные каскады с одним общим резиком в цепи эмиттеров характеризуются низкой стабильностью режима, что обусловлено неидентичностью обратных токов коллекторов. Для повышения стабильности режима в цепь каждого эмиттера включают отдельные дополнительные резики, создающие дополнительную ООС в каждом плече каскада. Для устранения ООС по переменному току эмиттеры транзисторов должны быть соединены кондером достаточно большой емкости. Стабильность повысится, если полностью разделить эмиттерные цепи по постоянному току.
Стабильность можно повысить, если вместо резика Rэ включить источник стабильного тока (ИСТ), имеющий малое сопротивление для постоянного тока и большое для переменного (рис. 7).
Рис. 7 - Дифференциальный каскад с ИСТ
Ток коллектора транзистора VT3 очень стабилен, поскольку потенциал его базы фиксирован при помощи делителя R2VD2, а в цепи эмиттера включен резик ООС по постоянному току. Диод включен для термостабилизации тока транзистора VT3.
Повысить стабильность можно и несколько иным способом, как показано на рисунке 8.
Рис. 8 - Дифференциальный каскад со стабилитроном в цепи эмиттеров
Цепь R2VD1 уже знакомый параметрический стабилизатор. Бывают схемы, в которых вместо стабилитрона стоит кондер.
Вместо биполярных транзисторов можно воткнуть полевые, при этом повышается входное сопротивление и коэффициент усиления. Будет вообще замечательно, если в качестве ИСТ применить полевой транзистор.
Примечание: в схемах на рис. 7 и 8 нижний провод питания должен быть вида -E2.
