Снижение тепловых искажений дифкаскада

Рис. 1.

    Рассмотрим дифкаскад, построенный по каскодной схеме, показанный на первом рисунке 1. Такой каскад часто применяют во входных цепях разнообразных усилителей. Чаще всего, он применяется для заведения сигнала ООС. При этом входной сигнал подается на базу VT1, а сигнал ООС на базу VT2. В начальном состоянии, токи через транзисторы одинаковы и на них рассеивается одинаковая тепловая мощность
Pнач = I1 * V1 / 2
    Теперь, пусть входной сигнал изменит ток первого транзистора на dI. Тогда мощность, рассеиваемая на нем станет
P1 = (I1 / 2 + dI) * V1
    А мощность рассеиваемая на втором транзисторе станет
P2 = (I1 / 2 - dI) * V1
   Т.е. теплорассеяние на одном транзисторе увеличилось, а на другом снизилось. Это приводит к разбалансу температур кристаллов транзисторов. Разбаланс температур приводит к появлению напряжения смещения и ошибке вычитания входных сигналов. Эта ошибка возникает на нестационарных сигналах или на низкочастотных сигналах. В таких проявлениях она не страшна. Однако на реальных музыкальных сигналах, когда среднечастотные составляющие наложены на медленные низкочастотные, ошибка, вызванная прохождением низкочастотной составляющей вызывает ошибку в передаче огибающей среднечастотной составляющей. А такая ошибка хорошо замечается слухом в виде потери естественности звучания и естественности передачи натуральных инструментов.
    Что бы избежать появления таких тепловых искажений, надо сделать так, что бы изменение тока через транзистор сопровождалось бы изменением напряжения на нем. Рассмотрим схему на рисунке 2.

Рис. 2.

    Увеличение тока через транзистор VT1 приведет к возрастанию падения напряжения на резисторе R1, что может скомпенсировать увеличение тока и оставить мощность рассеяния на транзисторе на прежнем уровне. Посчитаем.
Pнач = I1 / 2  * (U1 - I1 / 2 * R )
P1 = (I1 / 2 + dI) * (U1 - (I1 / 2 + dI) * R)
dP = dI * U1 - 2 * (I1 / 2)  * R * dI - R * dI * dI
    Приравняем dP нулю, что и означает неизменность теплорассеяния. А, так же, проигнорируем квадратичный член R * dI * dI, считая, что он гораздо меньше остальных. Тогда получаем:
U1 * dI = I1 * R * dI, сокращаем dI и получаем:
U1 = I1 * R или R = U1 / I1
   Т.е. резистор должен быть такого номинала, что на нем будет падать половина напряжения U1 (поскольку ток I1 делится пополам между транзисторами). Поскольку мы проигнорировали квадратичный член, то компенсация изменения рассеиваемой мощности будет не полная. Однако, если полезный сигнал составляет одну десятую от начального тока (а реально бывает еще меньше), то изменения рассеиваемой мощности будут в 10 раз меньше. Причем уровень колебаний мощности будет квадратично падать с уровнем сигнала.
   К некоторому недостатку этой схемы можно отнести увеличение входной емкости каскада, за счет появления сигнала на коллекторе первого и второго транзисторов. Но реально, такая прибавка оказывается не критичная.

   Отдельно обращу внимание. При использовании дифкаскада в схеме неинвертирующего усилителя, кроме модуляции тока транзисторов есть еще модуляция падения напряжения синхронно со входным сигналом. В этом случае компенсация теплорассеяния происходить не будет. Что бы восстановить правильную работу схемы, надо привязать источник опорного напряжения V1 не к земле, а к сигналу, как это описано в секрете про компенсацию входной емкости дифкаскада.

__________________________________________________________

Сайт Мусатова Константина