Структура каскада, где есть два входа и один выход, позволяет однозначно определить фазность входных сигналов по отношению к выходному. Обычно такие каскады называют дифференциальными. Так, вход 1 каскада будет синфазным, поскольку направление изменения потенциалов на нём и на выходе совпадают, а вход 2 будет противофазным или инвертирующим.
Механизм работы каскада аналогичен параллельно балансному за исключением того, что коэффициент передачи снижен вдвое по отношению к предыдущему каскаду.
K_U=\beta\cdot\displaystyle\frac{R_к}{2\cdot r_{вх}}
Здесь rвх входное сопротивление каждого из транзисторов VT1, VT2.
В простейшем случае источник стабильного тока в эмиттерных цепях параллельно-балансной пары может быть заменен на постоянный резистор.
Механизм работы каскада сохраняется, однако каскад становится чувствительным к синфазному входному сигналу. Несмотря на это каскад приобрел широкое распространение в современной интегральной схемотехнике.
Дифференциальный усилительный каскад с токовым зеркалом.
Для повышения коэффициента передачи в дифференциальном каскаде используются динамические нагрузки. Наиболее часто в качестве динамической нагрузки применяют транзисторное токовое зеркало.
Токовое зеркало реализовано транзисторной парой VT3 VT4 с близкими эксплуатационными параметрами, у которой базы и эмиттеры объединены попарно U_{бэ}^{VT3}\equiv U_{бэ}^{VT4} . Для близких по параметрам транзисторов:
I_{б}^{VT3}= I_{б}^{VT4}=I_б
I_{к}^{VT1}= I_{к}^{VT3}+I_{б}^{VT3}+I_{б}^{VT4}
Для транзистора, работающего в активном режимеI_к=\beta\cdot I_б, тогда
I_{к}^{VT1}=\beta \cdot I_{б}+I_{б}+I_{б}
I_{к}^{VT4}=\beta \cdot I_{б}
\displaystyle\frac{I_{к}^{VT4}}{I_{к}^{VT1}}=\displaystyle\frac{\beta}{\beta+2}\approx 1
Таким образом, ток коллектора транзистора VT4 поддерживается равным току транзистора VT1 (отражает его величину) в широком диапазоне изменения. Это явление получило название токового зеркала.
Определим ток нагрузки каскада I_{н}= I_{к}^{VT4}-I_{к}^{VT2}\approx I_{к}^{VT1}-I_{к}^{VT2}
В режиме баланса каскада при Uвх1=Uвх2
I_{к}^{VT1}=I_{к}^{VT4}=I_{к}^{VT2}\Rightarrow I_н=0\Rightarrow U_н=0
I_н=I_к^{VT4}-I_к^{VT2}=I_к^{VT1}-I_к^{VT2}=2\cdot\beta\cdot I_{вх}\Rightarrow K_U=\beta\cdot\displaystyle\frac{R_н}{r_{вх}}
Здесь rвх входное сопротивление каждого из транзисторов VT1, VT2.В качестве нагрузки таких каскадов, как правило, выступает входное сопротивление последующих каскадов усиления, поэтому корректно рассматривать нагрузку в цепи с дополнительным потенциальным смещением (Е). Такая цепь нагрузки с одной стороны отражает свойства входной цепи следующего каскада, а с другой стороны позволяет сформировать двунаправленный ток нагрузки. Улучшение свойств каскада может быть достигнуто введением в эмиттерную цепь стабилизированного источника тока аналогично параллельно-балансному каскаду.
