Типовая схема дифференциального каскада

 

Дифференциальные усилительные каскады (рис. 5.1) широко распространены в аналоговых радиоэлектронных устройствах и являются основой схемотехники усилителей с непосредственными связями между каскадами.

 

	Рис. 5.1 — Дифференциальный каскад

 

 

Дифференциальный усилитель имеет два входа, на которые могут подаваться два напряжения u _вх1(t) и u _вх2(t), и один выход.

Напряжение на выходе идеального дифференциального каскада линейно зависит от разности входных напряжений

 

u _вых(t) = К _диф[ u _вх1(t) – u _вх2(t)] = К _диф u _диф(t),

 

где u _диф(t) = u _вх1(t) – u _вх2(t).

Название «дифференциальный» объясняется тем, что выходное напряжение каскада пропорционально разности входных напряжений. В дифференциальном каскаде любой сигнал, общий для обоих входов (такой сигнал называется синфазным), подавляется в результате вычитания и не влияет на выходное напряжение.

Однако этот идеальный случай не может быть достигнут на практике, так как в реальных схемах транзисторы VT 1 и VT 2 не являются полностью идентичными. Вследствие этого напряжение на выходе реального усилителя всегда будет в некоторой степени зависеть от синфазного напряжения на входе каскада и входного дифференциального напряжения в соответствии с выражением

 

u _вых(t) = К _диф u _диф(t) + К _синф u _синф(t),

 

где К _синф<< 1 — коэффициент передачи синфазного напряжения;

u _синф(t) = (u _вх1(t) + u _вх2(t)) / 2 — среднее значение двух входных сигналов.

Качество дифференциального каскада характеризуют коэффициентом подавления

.

 

Коэффициент подавления К _п показывает способность каскада различать малый дифференциальный сигнал на фоне большого синфазного напряжения. Как правило, его оценивают в логарифмических единицах.

 

К _п(дБ) = 20lg К _п.

 

Очевидно, чем больше К _п, тем ближе реальный дифференциальный каскад к идеальному случаю, при котором К _синф = 0. В современных дифференциальных каскадах величина К _п может составлять от 60 до 100 дБ.

Распространенным типом синфазного сигнала являются различные помехи и наводки, действующие одновременно на оба входа дифференциального усилителя. Поэтому вопрос увеличения К _песть одновременно вопрос повышения помехоустойчивости дифференциального каскада.

Схема, показанная на рис. 5.1, является наиболее распространенной. По этой схеме построены каскады, выпускаемые в виде отдельных микросхем (например, 118УД1, 122УД1). Она также используется во входных каскадах многих интегральных операционных усилителях.

Дифференциальный каскад содержит два параллельно включенных однотактных усилительных каскада на транзисторах VT 1 и VT 2, в общую эмиттерную цепь которых включен источник неизменного тока на транзисторе VT 3. Дифференциальный каскад симметричен. Симметрия обеспечивается использование одинаковых транзисторов VT 1, VT 2 и резисторов R _к1 = R _к2. Если симметрия нарушается вследствие разброса параметров элементов схемы, то с помощью переменного резистора R восстанавливают симметрию (балансируют схему).