В дифкаскаде роль резисторов играют транзисторы:
Входное сопротивление ДК на ВТ равно:
Rвх = 4h21э∙fт/Iэсм, где Iэсм — общий (суммарный) эмиттерный ток смещения. Коэффициент усиления по напряжению Ku = RкIэсм/2fт при Rк1 = Rк2.
Искажения ДК на биполярных транзисторах при малых сигналах:
Kr=Um4/4fт4,
в то время как каскад с ОЭ имеет Kr = Um2ft2/(fт + IэRэ)4, а при Rэ = 0 Krmax = Um2/fт2 где Um — амплитуда входного сигнала.
Нетрудно подсчитать, что дифкаскад имеет искажения в 100 раз меньшие, чем каскад с ОЭ с Rэ = 0 и Um = 5 мВ. В то же время, искажения каскада на транзисторах разной проводимости довольно значительны. Поэтому для их уменьшения целесообразно включить между эмиттерами транзисторов резистор 100 Ом и более. Перегрузочная способность ДК на ПТ примерно в 100 раз выше, т. к. Uoтc/ft = 100. Так, например, при Uoтc = 2,6 B, Uвхmах = 1,5 В при Кг = 1 % на выходе, в то время как для биполярных транзисторов при том же коэффициенте гармоник Uвхmах = 17 мВ. К недостаткам ДК на ПТ можно отнести меньший (примерно в 4 раза) коэффициент усиления и большее напряжение смещения, которое сводится к минимуму использованием интегральных сборок, а так же тщательной подборкой транзисторов по параметрам и установкой их на общем радиаторе. Кроме того, при замене резистора в эмиттерной цепи ДК на ГСТ образуется очень глубокая отрицательная ОС по синфазному сигналу и сильное ослабления дрейфа. Другой недостаток ДК (в том числе и на ВТ) заключается в том, что эквивалентная шумовая ЭДС симметричного ДК в 20,5 раз (на 3 дБ), несимметричного ДК с пассивным генератором тока — в 2 раза (на 6 дБ), а несимметричного ДК с активным генератором тока — на 7–8 дБ превышает при прочих равных условиях эквивалентную шумовую ЭДС каскада с ОЭ на одном транзисторе. Это вытекает из того, что источник сигнала подключён к обоим входам ДК последовательно:
Следовательно, и источники шума транзисторов подключаются к источнику сигнала также последовательно. Таким образом, эквивалентная плотность напряжения входного шума равна:
Еш = (eш1 + eш2)0,5 = 1,4∙eш (при eш1 = eш2).
Как выход из положения применяют параллельное включение транзисторов, что позволяет в n раз уменьшить шумы, где n — количество параллельно включённых транзисторов. Уменьшению шумов также способствует встречная динамическая нагрузка ДК с помощью отражателя тока, что эквивалентно симметричной нагрузке.
14. Увеличение нагрузочной способности и повышение линейности ДК и его симметрии с помощью введения резисторов Rэ (от 100 Ом до 1…2 кОм):
Верхнее значение Rэ определяется требуемым усилением напряжения Ku = Rк/Rэ, дрейфом нулевого потенциала и шумом сопротивления Rэ, т. к. оно включается последовательно с источником сигнала. Иногда с помощью конденсатора, включённого между эмиттерами, вводят коррекцию по опережению.
15. Схема дифкаскада, свободного от эффекта Миллера.
Введение следящей обратной связи в коллектор входного транзистора позволяет нейтрализовать входную ёмкость ДК (СК):
подстроечный резистор устанавливается в такое положение, при котором на верхней рабочей частоте напряжение на коллекторе транзистора равно входному.
16. Симметричный съём сигнала с помощью токового зеркала.
Позволяет уменьшить шумы и увеличить коэффициент усиления по сравнению с простым несимметричным ДК. Резистор RC-цепи по запаздыванию выбирают в пределах 68…680 Ом, конденсатор — в пределах 180…2200 пФ.
17. Компенсация ООС через ёмкости Ск транзисторов ДК с помощью дополнительных транзисторов.
Позволяет расширить полосу пропускания. Дополнительные транзисторы могут быть заменены конденсаторами небольшой ёмкости.
18. Применение каскодного усилителя повышает быстродействие более чем в 10 раз:
19. Прецезионный ДК со следящей связью.
Применение каскода со следящей связью позволяет не только подавлять эффект Миллера, но и нейтрализовать ёмкости Ск.
20. Применение полевых транзисторов в каскоде со следящей связью.
У дифференциальных усилителей, работающих в режиме большого сигнала, время нарастания и спада переходных процессов различно из-за более медленного разряда ёмкости нагрузки в момент отключения. Этот недостаток исключается в двухтактной схеме.
Схема сдвига уровня
В многокаскадных усилителях, не имеющих гальванической связи между каскадами и охваченных общей отрицательной обратной связью, возникает опасность самовозбуждения на инфранизкой частоте. Как известно, каждый переходной, а также блокирующий конденсатор вносит максимальный сдвиг по фазе на низких частотах до 90°. При наличии трёх и более таких фазовращателей возникает опасность самовозбуждения.
Самовозбуждение не возникает, пока коэффициент усиления при сдвиге фазы 180° меньше единицы (сплошная линия), и сразу же наступает как только коэффициент усиления становится равным или чуть больше 1 (пунктирная линия):
Помимо фазовых искажений, многие типы конденсаторов вносят существенные (до 1 %) нелинейные искажения, а установленные на входе высокочувствительных усилителей, ещё и шумы. Отсюда понятно, насколько важно по возможности обходиться без них.
Особое место среди усилителей занимают усилители постоянного тока, коэффициент усиления которых не изменяется при уменьшении частоты до нулевого значения. Однако при непосредственной связи между каскадами, особенно на транзисторах одной проводимости, приходится согласовывать сравнительно большой (по модулю) потенциал на выходе предыдущего каскада с малым потенциалом на входе последующего. Среди методов согласования каскадов можно выделить четыре наиболее распространённых:
