Дифференциальный каскад. Дифференциальный усилитель с каскодной схемой. Предлагаемая схема предоконечного каскада, страница 2

Схема дифференциального каскада приведена на рис.2. Схему каскада можно разделить осью симметрии на два плеча (полусхемы), в каждом плече транзисторы включены по схеме с общин эмиттером и обеспечивают относительно земли следующие выходные напряжения:

U_К1 = -1/2U₁SR_N    и      U_K2 = 1/2U₂SR_N

где  S - крутизна транзисторов в рабочей точке, определяемая как

S = I_Э/φ_Т = I₀/2φ_T.

Между коллекторами транзисторов VTI и VT2 наблюдается напряжение дифференциального сигнала

U_ВЫХ  = -U_К1 + U_К2 = (U₁ + U₂)SR_N = U_ДSR_N

Значение коэффициента усиления каскада

                   РИС.2.                                               К = U_ВЫХ/U_Д = SR_N = R_NI₀/2φ_Т

и соответствует коэффициенту усиления обычного каскада с общим эмиттером. На рис.3. показана малосигнальная схема входной цепи дифференциального каскада, нагружающей источник дифференциального сигнала. Поскольку эмиттерный ток каждого транзистора в    (1 + h_21Э) превышает базовый, то сопротивление генератора стабильного тока R₀ пересчитывается в контур входного тока с этим коэффициентом. Так как R₀  велико, то в эту ветвь ток от источника  сигнала не стекает. Следовательно,  входное                                 РИС.3.                   дифференциальное  сопротивление  ДУ  между  его  входами будет равно удвоенному значению входного сопротивления транзистора в схеме с общим эмиттером:  R_ВХД = 2R_ВХЭ = 2r_Э(1+h_21Э)

2.2. Простая высокочастотная коррекция.

Один из способов повышения граничной частоты состоит в повышении полного коллекторного сопротивления вблизи граничной частоты каскада за счет включения последовательно с коллекторным сопротивлением индуктивности. Этот способ получил, название простой высокочастотной (ВЧ) коррекции. Расчет простой ВЧ коррекции проводится с помощью семейства нормированных частотных характеристик, приведенных на рис.4. Параметром, определяющим форму характеристик, является коэффициент ВЧ коррекции m, представляющий собой квадрат добротности колебательного контура:

m=L/R_N² C₀.

РИС.4.

По вертикальной оси отложено относительное усиление Y_С =1/М_В, по горизонтальной - обобщенная частота  Х_С = ω_ВR_NC₀. Частотная характеристика, соответствующая m=0, относится к каскаду без коррекции.

Наилучшая форма частотной характеристики соответствует значению m=0,414 (Рис.4.). При больших значениях коэффициента коррекции увеличивается неравномерность частотной характеристики. Относительное увеличение площади усиления при m=0,414 составляет 1,67 раза. На уровне, отличном от  Y_C=0.707, относительное увеличение высшей частоты также отличается от 1.67 и может быть определено по обобщенной характеристике. Например, при заданных частотных искажениях М_В=1.1 (Y_C=0,9) введение простой ВЧ коррекции позволяет увеличить f_ГР примерно в 2,5 раза.

2.3. Несимметричный дифференциальный усилитель.

На высоких частотах схема несимметричного дифференциального каскада или схема с эмиттерной связью (рис. 5) обладает значительными преимуществами по сравнению с каскадом с ОЭ.

Отличием этого каскада от дифференциального является то, что входной сигнал подается только на одиночный вход, а сопротивление нагрузки в цепи коллектора транзистора VT1 отсутствует. Транзистор  VT2 включен по схеме с общей базой в режиме управления напряжением. Граничной частотой этого каскада является частота

f_S = 0.16 / (R_вых + r'_б)С_ВХОБ, где R_ВЫХ = r_i / h_21Э + 1/S – выходное сопротивление транзистора  VТ1, включенного по схеме с ОК,    

С_ВХОБ = С_Д = 0.16 / f_T r_Э        –    входная     емкость