БАЛАНСНЫЕ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ КАСКАДЫ
Очень сильно дрейф нуля можно уменьшить использованием балансных схем, выходная цепь которых представляет собой схему сбалансированного моста, к одной диагонали которого подводится питание, а с другой диагонали снимается выходное напряжение. Примерами балансных каскадов являются двухтактный резисторный каскад и инверсный каскад собратной связью. В идеальных каскадах такого типа, имеющих совершенно одинаковые усилительные элементы в обоих плечах схемы и одинаковые резисторы R в выходных цепях усилительных элементов, напряжение питания оказывается полностью сбалансированным и в выходной цепи каскада отсутствует. При воздействии же на каскад каких-либо дестабилизирующих факторов (изменения температуры, напряжения питания и т. д.) напряжение покоя на выходных электродах обоих усилительных элементов изменяется совершенно одинаково, схема по-прежнему остается сбалансированной и напряжение дрейфа на выходе не появляется. Таким образом, идеальный балансный каскад с совершенно одинаковыми! плечами схемы полностью компенсирует постоянную составляющую напряжения дрейфа. Однако на практике плечи балансного каскада никогда не бывают абсолютно одинаковыми, и поэтому дрейф не уничтожается полностью, а уменьшается тем сильнее, чем симметричнее схема.
Наиболее распространенным и употребительным параллельным балансным каскадом является дифференциальный каскад, по схеме отличающийся от инверсного каскада с обратной связью лишь тем, что имеет два входа, симметричных относительно общего провода схемы (рис. 2).
Напряжение усиленного сигнала на выходе дифференциального каскада Uвых (между точками 3 и 4) равно его коэффициенту усиления Кд помноженному на разность напряжений сигналов, подводимых к его входам:
Свое название дифференциальный каскад получил потому, что он усиливает только дифференциальный (разностный) сигнал, т. е.разность напряжений сигнала между первым и вторым входами. Разность Uвх1—Uвх2 будет наибольшей в том случае, когда Uвх1 и Uвх2 имеют разные знаки, т. е. противоположны по фазе, так как при этом их абсолютные значения сложатся; такой входной сигнал называют дифференциальным входным сигналом. Если же Uвх1 и Uвх2 имеют одинаковую фазу, то сигнал называют синфазным. При подаче на симметричный вход дифференциального каскада (между точками 1 и 2) симметричного синфазного сигнала, у которого Uвх1 = Uвх2,разность Uвх1 и Uвх2 равна нулю и, как видно из выражения (8.4), напряжение сигнала на выходе симметричного дифференциального каскада (между точками 3 и 4) будет отсутствовать. Следовательно, совершенно симметричный дифференциальный каскад синфазный сигнал на выход пропускать не будет.
Особенность дифференциального каскада усиливать только дифференциальный сигнал и подавлять синфазный является очень важной и полезной, так как большинство видов помех является синфазными по отношению к цепям дифференциального каскада, так же как и напряжение дрейфа обоих его плеч, а поэтому дифференциальный каскад их сильно подавляет по отношению к полезному дифференциальному сигналу.
Для компенсации постоянной составляющей между входными зажимами при несимметричном источнике сигнала питание дифференциальных каскадов часто осуществляют от источника питания со средней точкой или выводом, соединяемым с нижним (непотенциальным) концом источника сигнала (рис. 3). При работе дифференциального каскада на следующий обычный каскад с несимметричным входом усиленный сигнал с дифференциального каскада снимают c точек 2-0 или 3-0; в этих случаях компенсация дрейфа и подавление синфазных сигналов дифференциальным каскадом ослабляются и зависят только от величины сопротивления R3 в общем проводе эмиттирующих электродов, вводящего во входную цепь каскада последовательную отрицательную обратную связь по току. Для симметричных входных сигналов (дифференциальных) эта обратная связь в каскаде отсутствует, так как в этом случае текущий через R3 ток сигнала одного плеча компенсируется равным ему током сигнала другого плеча.
Рис. 3. Питание дифференциального каскада от двух источников или от одного источника со средней точкой