7.3.1.   Схема дифференциального каскада и ее работа при подаче дифференциального и синфазного входных сигналов

В настоящее время наибольшее распространение получили диф­ференциальные (параллельно-балансные или разностные) усилители. Такие усилители просто реализуются в виде монолитных ИС и широко выпускаются отечественной промышленностью (К118УД, КР198УТ1 и др.). Их отличает высокая стабильность работы, малый дрейф нуля, большой коэффициент усиления дифференциального сигнала и большой коэффициент подавления синфазных помех.

На рис. 7.4 приведена принципиальная схема простейшего варианта дифференциального усилителя (ДУ). Любой ДУ выпол­няется по принципу сбалансированного моста, два плеча которого образованы резисторами Rк1 и Rк2, а два других – транзисторами Т1 и Т2. Сопротивление нагрузки включается между коллекторами транзисторов, т.е.  в диагональ моста. Сразу отметим, что резисторы R01 и R02 имеют небольшие значения, а часто и вообще отсутствуют. Можно считать, что резистор RЭ подключен к эмиттерам транзисторов. Питание ДУ осуществляется от двух источников, напряжения которых  равны (по модулю) друг другу. Таким образом, суммарное напряжение питания ДУ равно 2Е.

Подпись:  

Рис. 7.4. Схема дифференциального каскада
Использование второго источника (-Е) позволяет снизить потенциалы эмиттеров транзисторов Т1 и Т2 до потенциала общей шины. Это обстоятельство дает возможность подавать сигналы на входы ДУ без введения дополнительных  компенсирующих напряжений. При анализе работы ДУ принято выделять в нем два общих плеча, одно из которых состоит из транзистора Т1 и резистора Rк1 (и R01), второе – из транзистора Т2 и резистора Rк2 (и R02). Каждое общее плечо ДУ является каскадом ОЭ. Таким образом, можно заключить, что ДУ состоит из двух каскадов ОЭ. В общую цепь эмиттеров транзисторов включен резистор RЭ, которым и задается их общий ток.

Для того чтобы ДУ мог качественно и надежно выполнять свои функции, а также в процессе длительной работы сохранять свои параметры и уникальные свойства, в реальных усилителях требуется выполнить два основных требования. Рассмотрим эти требования последовательно.

Первое требование состоит в симметрии обоих плеч ДУ. По этому требованию необходимо обеспечить идентичность параметров каскадов ОЭ, образующих ДУ. При этом должны быть одинаковы параметры транзисторов Т1 и Т2, а также выполнялось

условие: Rк1 = Rк2 (и R01 = R02). Если первое требование выполнено полностью, то больше ничего и не требуется для получения идеального ДУ. Действительно, при Uвх1 = Uвх2 = 0 достигается полный баланс моста, т.е.  потенциалы коллекторов транзисторов Т1 и Т2 одинаковы, следовательно, напряжение на нагрузке равно нулю. При одинаковом дрейфе нуля в обоих каскадах с общим эмиттером (плечах ДУ) потенциалы коллекторов будут изменяться всегда одинаково, поэтому на выходе ДУ дрейф нуля будет от­сутствовать.

За счет симметрии общих плеч ДУ будет обес­печиваться высокая стабильность при изменении напряжения питания, температуры, радиационного воздействия и т.д. Но как обеспечить симметрию общих плеч в ДУ? На первый взгляд, может показаться, что решить этот вопрос довольно просто. Действительно, всегда можно подобрать пары транзисторов и резисторов с весьма близкими параметрами. Если собрать ДУ на таких дискретных элементах, т, может быть, и будет получен желаемый результат, но только в относительно небольшой промежуток времени.

С течением времени параметры транзисто­ров и резисторов будут изменяться различным образом в соот­ветствии с законами своей собственной структуры, естественно, что на них различным образом будут влиять и внешние факторы, а следовательно, нарушится симметрия плеч со всеми вытека­ющими отсюда последствиями. В конечном счете, можно за­ключить, что на дискретных элементах (изготовленных в разное время и в разных условиях) осуществить выполнение первого требования для ДУ практически невозможно. Это объясняет тот факт, что прекрасные свойства ДУ не нашли должного использования в дискретной электронике.

Приблизиться к выполнению первого основного требования для ДУ позволила мик