ИХ2 В»0, тобто коефіцієнт посилення синфазного сигналу в першому наближенні дорівнює нулю.
Якщо для визначеності покласти, що Е С1 > Е С2 , то змінюється розподіл струмів в диференціальної парі: I К1 збільшується, а I К3 відповідно зменшується, а їх сума залишається рівною I K2 . Тому прирощення колекторних струмів транзисторів VT1 і VT3 рівні за абсолютною величиною і протилежні за знаком: DI К1 =-DI К2 .
Прирости струмів I К1 і I К3 викликають відповідні збільшення напруг на резисторах R K1 і R K2 . Таким чином, на відміну від синфазного управління, різниця вхідних напруг викликає зміну вихідних напруг.
Зауважимо, що зміна напруг база-емітер під впливом температури діє як синфазних сигнал і, отже, не впливає на роботу схеми. Тому підсилювач на основі диференціального каскаду добре пристосований для посилення сигналів постійного струму і є основою для створення операційних підсилювачів.
У тому випадку, коли необхідно посилити НЕ різниця напруг, а тільки одне вхідна напруга, інший вхід каскаду можна заземлити, в результаті чого диференціальне напруга буде дорівнює Е С1 або-Е С2 , залежно від того, який з входів заземлений.
Коефіцієнти підсилення для диференціального сигналу по виходам 1 і 2 відрізняються тільки знаком, так як один з транзисторів працює в схемою включення з ОЕ, інший - з ПРО:
В
тобто прирощення колекторних напруг рівні, але мають протилежні знаки.
Насправді диференційний каскад реагує і на зміна синфазного сигналу. Щоб визначити коефіцієнт посилення синфазного сигналу K U.СФ , будемо вважати, що в емітерний ланцюга диференціальної пари включений джерело струму з опором r ІТ . Якщо до обох входів докласти одне і те ж напруга U СФ , то струм рівномірно розподілиться між транзисторами VT1 ​​і VT2. При цьому їх можна розглядати як два паралельно включених емітерний повторювача із загальним емітерним опором r ІТ . Задаючи прирощення DU СФ , знайдемо прирощення струму колектора транзистора VT1 або VT2:
В
Тоді для коефіцієнта посилення синфазного сигналу отримаємо:
В
тобто К U . СФ може бути зроблено багато менше одиниці, але не дорівнює нулю.
Одним з параметрів якості диференціального підсилювача є коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу:
,
показує, у скільки разів коефіцієнт посилення диференціального сигналу більше коефіцієнта посилення синфазного сигналу.
Вхідний опір для диференціального сигналу залежить як від режиму (струму I К2 ), так і від параметрів транзисторів:
. (7)
У режимі великого сигналу робота диференціального підсилювача істотно відрізняється від роботи одиночного транзистора, так як передавальна характеристика диференціальної пари описується гіперболічним тангенсом:
транзистор колектор емітер диференційний каскад
(8)
за умови, що Е С2 = 0.
Передатна характеристика, описувана виразом (8), наведена на малюнку 6. Лінійний ділянка цієї характеристики становить близько В± 2j Т , або В± 50 мВ.
Як правило, транзистори, що утворюють диференціальну пару, при рівних токах емітера мають дещо відмінні напруги база-емітер, що обумовлено технологічним розкидом площ емітерів. Або, що те ж саме, при однакових напругах база-емітер струми емітерів, а значить, і колекторів будуть відрізнятися:
(9)
де I S1 , I S3 - струм насичення назад зміщеного переходу база-емітер, обумовлений площею S p-n переходу.
В
Рис. 6. Прохідна характеристика диференціального каскаду
Якщо транзистори VT1 ​​і VT3 виконані в єдиному технологічному циклі, з виразу (9) випливає, що:
В
З іншого боку, якщо зажадати, щоб струми колекторів транзисторів диференціальної пари були рівні, на один з входів необхідно подати компенсує напругу, знак якого визначатиметься тим, який з транзисторів має велику площу емітера:
(10)
де S i - площа емітера i-го транзистора.
Вираз (10) визначає напругу зсуву, тобто таке напруження, яке потрібно прикласти до входу диференціального каскаду, щоб струми транзисторів були рівні і вихідна напруга:
U ВИХ1 - U ВИХ2 = 0.
Напруга зсуву залежить ще і від інших факторів: b транзистора, температури і т.д. Типове значення напруги розбалансу для транзисторів, виконаних на одній підкладці, становить 2,5-5 мВ. Регулювання нуля диференціального каскаду можна здійснювати підбором резисторів R K , подачею напруги відповідної полярності на один з вході...
