Усилители постоянного тока (УПТ). Параметры. Применение. УПТ с непосредственной связью между каскадами. Схема. Достоинства и недостатки. Применение

УПТ предназначены для усиления сигналов медленно изменяющихся во времени. Характерная особенность - отсутствие конденсаторной связи между генератором сигнала, усилительным каскадом и нагрузкой. Необходимо предусматривать меры для исключения протекания постоянного тока через генератор и нагрузку, т.к. разделительные конденсаторы отсутствуют, кроме того, изменение сигнала может происходить достаточно медленно, что не позволяет отделить его от таких же медленных изменений режимов работы, связанных, например, с изменением температуры, либо с течением времени.

Самопроизвольное изменение выходного напряжения УПТ при неизменном напряжении входного сигнала называется дрейфом усилителя.

Причины возникновения дрейфа: нестабильность напряжения питания, температурная и временная нестабильность параметров диодов, резисторов, транзисторов.

Напряжение дрейфа выходного сигнала определяется обычно при закороченном выходе усилителя. Качество УПТ определяется по приведенному напряжению дрейфа.

e_др = ΔU_{вых др} /к_u при U_вх = 0 (режим КЗ). Величина U_{вх др}  определяет диапазон возможного изменения входного напряжения усилителя при котором напряжение дрейфа составляет незначительную часть полезного выходного сигнала. Смещение - максимальное значение выходного напряжения при U_вх = 0

УПТ с непосредственной связью между каскадами.

УПТ с непосредственными связями называют усилителем прямого усиления.

 

 

Одной из особенностей УПТ с непосредственными связями является то, что на вход последующего каскада поступает не только усиливаемый сигнал, но и постоянная составляющая коллекторного напряжения предыдущего каскада. Поэтому напряжение между базой и эмиттером последующего каскада будет больше, чем напряжение, соответствующее выбранному положению рабочей точки. Чтобы избежать этого, сопротивление в цепи эмиттера каждого последующего каскада выбирается бóльшим, чем в предыдущем каскаде, с тем, чтобы обеспечить соответствие выбранному положению рабочей точки. Вторая особенность – дрейф нуля.

 Дрейфом нуля называется медленное изменение выходного напряжения, не зависимое от напряжения на входе, а происходящее за счёт внутренних процессов в схеме усилителя.

 Дрейф нуля часто оценивается величиной дрейфа, приведённого ко входу.

где К – коэффициент усиления усилителя.

Uдр.вых. – это максимальное изменение выходного напряжения
    при закороченном входе за установленное время наблюдения.

Непосредственная связь между каскадами обуславливает особенности расчета их режима покоя (напряжения и токов при ). Параметры режима покоя каскада рассчитываются с учетом элементов, относящихся к выходной цепи предыдущего каскада и входной цепи последующего каскада. В УПТ выводы коллектора и базы транзисторов соседних каскадов соединены непосредственно. При этих условиях резисторы каждого последующего каскада, осуществляющие внутрикаскадные ООС по постоянному току, предназначены также для создания необходимого напряжения в режиме покоя.

Во входную цепь УПТ последовательно с источником входного сигнала включен источник входного компенсирующего напряжения  Его вводят для того, чтобы при  напряжение  соответствовало требуемому значению напряжения в режиме покоя и ток через источник был равен нулю. С этой целью

Коэффициент усиления рассматриваемой схемы  а коэффициенты каскадов определяются по формулам

Отсюда видно, что коэффициенты усиления каскадов обратно пропорциональны сопротивлениям резисторов эмиттерных цепей.

Сопротивление рассчитывается по режиму температурной стабилизации первого каскада, имеет величину от сотен Ом до кОм. Так как  последующих каскадов используются также для задания режима покоя , то это вызывает необходимость повышения напряжения в каждом последующем каскаде с целью получения требуемых значений . Однако, это приводит к снижению коэффициента усиления каскада и всего УПТ в целом.

Способ построения УПТ на основе непосредственной связи простейших усилительных каскадов может быть использован для получения сравнительно невысокого коэффициента усиления (порядка нескольких десятков) при относительно большом усиливаемом сигнале

При необходимости получения больших коэффициентов усиления (сотни и тысячи) этот способ построения УПТ невозможен ввиду сильного проявления дрейфа усилителя, компенсировать который подбором элементов схемы невозможно в условия серийного производства и эксплуатации аппаратуры. Радикальным средством уменьшения дрейфа нуля является применение дифференциальных каскадов усиления.

Существует несколько разновидностей усилителей ПТ. Простейшие - последовательное соединение усилительных каскадов.

Rн

Rк2

Uкомп вх

R2

Rк1

R1

R3

Rэ1

Rэ2

R4

Rг

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: