УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления сигналов, медленно изменяющихся во времени, т. е. сигналов, эквивалентная частота


которых приближается к нулю. Поэтому УПТ должны обладать амплитудно-частотной характеристикой в виде изображенной на рис, 2.31.

 

 

 

Рис. 2.31. Амплитудно-частот­ная характеристика усилите­ля постоянного тока

Связь источни­ка сигнала с. входом усилителя и меж­каскадные связи не могут быть осуще­ствлены в УПТ посредством конденсато­ров и трансформаторов, поскольку это обеспечило бы амплитудно-частотную характеристику, у которой Ки = 0 при f = 0 (см. рис. 2.16, а).

Для передачи медленно изменяющегося сигнала по тракту усиления необходимы непосредственная (по постоянному току) связь источника входного сигнала с вход­ной цепью усилителя и аналогичная связь между усилительными каскадами. Наличие непосредственной связи обусловливает особен­ности задания точки покоя транзисторов в УПТ в сравнении с ра­нее рассмотренными усилителями.

Так, в усилителях с конденсаторной связью режим каждого кас­када по постоянному току (режим покоя) определяется только элементами каскада и параметры этого режима рассчитывают инди­видуально для каждого каскада. Конденсаторы, связывающие уси­лительные каскады по переменному току, отделяют их одновременно по постоянному току. Благодаря этому изменение по какой-либо причине режима по постоянному току одного из усилительных кас­кадов не влияет на режимы по постоянному току других каскадов и практически не сказывается на величине выходного напряжения усилителя.

В УПТ отсутствуют элементы, предназначенные для отделения усилительных каскадов по постоянному току. В связи с этим выход­ное напряжение определяется здесь не только усиленным полезным сигналом, но и ложным сигналом, создаваемым за счет изменения во времени параметров режимов каскадов по постоянному току. Очевидно, что особенно нежелательны здесь изменения режима по постоянному току в первых каскадах, поскольку эти изменения усиливаются после­дующими каскадами.

Самопроизвольное изменение выходного напряжения УПТ при неизменном напряжении входного сигнала называется дрейфом у с и л и т е л я. Причинами дрейфа являются нестабильность нап­ряжений питания схемы, температурная и временная нестабильности параметров транзисторов и резисторов. Напряжение дрейфа выходного напряжения ΔUвых. др обычно определяют при закороченном входе усилителя (еГ= 0) по приращению выходного напряжения. Качество усилителя постоянного тока оценивают по напряжению дрейфа, приведенному ко входу усилителя (приведенному дрейфу): eдр = ΔUвых. др/ Ки, где Ки - коэффициент усиления усилителя. Приведенный ко входу дрейф едр характеризует значе­ние ложного сигнала на входе усилителя с коэффициентом Ки, которому соответствует самопроизвольное изменение выходного напряжения ΔUвых. др. С учетом едропределяют диапазон возможного из­менения входного напряжения егусилителя, при котором напряжение дрейфа ΔUвых. др составляет незначительную часть полезного выход­ного сигнала. В зависимости от требований, предъявляемых к усилителю, минимальное значение еГпринимают в десятки и сотни раз больше едр.

Непосредственная связь каскадов в УПТ обусловливает особен­ности расчета их режима покоя (напряжения и токов при еГ= 0). Параметры режима покоя каскада рассчитывают с учетом элементов, относящихся к выходной цепи предыдущего каскада и входной цепи последующего каскада. При выборе схемы каскада особое внимание уделяется обеспечению стабильности параметров режима покоя в отношении влияния всех дестабилизирующих факторов и особенно изменения напряжения питания и температуры окружающей среды.

Особенности непосредственной связи каскадов в УНТ рассмотрим на примере трехкаскадного усилителя (рис. 2.32, а).

В схеме усилителя выводы коллектора и базы транзисторов со­седних каскадов соединены непосредственно. В этих условиях резис­торы Rэкаждого последующего каскада (осуществляющие внутри-каскадные отрицательные обратные связи по постоянному току) предназначены также для создания необходимого напряжения Uбэп



 


Рис. 2.32. Непосредственная связь в усилителях постоян­ного тока:

a — простейшая схема многокаскадного УПТ; б — способ подачи

входного сигнала в УПТ; в, г — способы повышения коэффициентов

усиления усилительных каскадов, входящих в УПТ

 

в режиме покоя. Это достигается повышением отрицательного потен­циала на эмиттере каждого транзистора от протекания через резистор Rэ эмиттерного тока до величины, меньшей по абсолютному значению потенциала его базы или, что тоже, потенциала- коллектора транзис­тора предыдущего каскада Так, для транзистора Т2 второго каскада имеем

 

Во входную цепь усилителя (рис. 2.32, а) последовательно с ис­точником входного сигнала включен источник входного компенсирующего напряжения Uкомп. вх. Его вводят для того,чтобы при еГ = 0 напряжение Uбп1 соответствовало требуемому зна­чению напряжения в режиме покоя и ток через источник был равен нулю. С этой целью компенсирующее напряжение выбирают равным Uбп1. Возможность получения Uкомп. вх иллюстрирует схема рис. 2.32, б, где

 


 

 

Нагрузка Rн усилителя (рис. 2.32, а) включена в диагональ моста, образованного элементами выходной цепи оконечного каскада и ре­зисторами R3, R4. Такой способ подключения нагрузки используют в тех случаях, когда необходимо обеспечить условие Uн = 0 при еГ = 0. Схема подключения нагрузки составлена по аналогии со схе­мой рис. 2.32, б. Резисторы R3, R4 в схеме рис. 2 32, а выполняют роль делителя для создания компенсирующего напряжения выходной цепи каскада, равного Uкп3 при еГ= 0.



 


Рассмотрим основные показатели, характеризующие данный усилитель по переменному току (для приращений напряжения входного сигнала).

Если принять делитель R1 = R2 достаточно высокоомным, то для расчета входных сопротивлений каскадов, входящих в усилитель, можно воспользоваться общим соотношением



 


Коэффициент усиления рассматриваемого усилителя равен про­изведению коэффициентов усиления отдельных его каскадов: Ки== Ки1Ки2Ки3

Для оценки коэффициентов усиления каскадов примем Rк || RвхRки Rвх1 » RГ. Тогда для расчета коэффициентов усиления кас­кадов получим выражения:


 

 


Видно, что коэффициенты усиления каскадов обратно пропор­циональны сопротивлениям эмиттеров.

Сопротивление Rэ1, рассчитываемое по режиму температурной стабилизации первого каскада, имеет величину от нескольких сотен Ом до 1—З кОм. Сопротивления Rэ последующих каскадов используют не только для температурной стабилизации, но также для обеспечения требуемых значений Uбэпв режиме покоя. При связи базы транзис­тора последующего каскада с коллектором транзистора предыдущего каскада (рис. 2.32, а) напряжение на эмиттере, так же как и напря­жение на коллекторе каждого последующего каскада, увеличивается (по абсолютной величине в случае транзисторов типа р-п-р). Это вы­зывает необходимость повышения сопротивления Rэ в каждом последующем каскаде с целью получения требуемых значений Uэп. Воз­никающие при этом трудности связаны с тем, что увеличение Rэ при­водит к уменьшению в соответствии с выражениями (2.121), (2.122) коэффициентов усиления последующих каскадов и общего коэффи­циента усиления усилителя.

Указанный недостаток схемы рис. 2.32, а может быть исключен при некотором видоизменении ее каскадов, как показано на рис. 2.32, в, г. В схеме рис. 2.32, в сопротивление Rэуменьшается за счет включения резистора Rд и пропускания через резистор Rэ дополнительной составляющей тока Iд.

Расчет по формуле (2.117) дает:

для схемы рис. 2.32, а

для схемы рис. 2.32, в

 

 

Для схемы рис. 2.32, г задачу решают включением в цепь эмит­тера стабилитрона. В результате можно записать

 

 

Резистор Rдпредназначен для задания необходимого начального тока через стабилитрон с целью вывода его на рабочий участок вольт-амперной характеристики (см. рис. 1.19).

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 0,05—0,1 В.

При необходимости получения больших коэффициентов усиления (сотни и тысячи) применение этого способа построения УПТ невоз­можно ввиду сильного проявления дрейфа усилителя, вызываемого нестабильностью напряжения питания и особенно температурной нестабильностью параметров транзисторов, в частности Iк0(э) = (1 + β)Iк0. Минимальные изменения напряжения на коллекторах тран­зисторов первых каскадов, возникающие под воздействием темпера­турных изменений тока Iк0(э) усиливаются последующими каскадами, создавая недопустимые изменения выходного напряжения усилителя. Применение же температурной компенсации здесь затруднено по технологическим соображениям. Температурная компенсация пред­полагает включение в схему усилителя термочувствительных эле­ментов, например терморезисторов. Она основана на том, что при изменении температуры приращения токов и напряжений в схеме под влиянием изменения параметров вводимых элементов действуют в направлении, обратном их приращениям, вследствие температурной нестабильности параметров транзисторов. В условиях разброса па­раметров используемых элементов температурная компенсация тре­бует тщательного подбора термокомпенсирующихэлементов для каждого отдельного усилителя с учетом всего температурного диа­пазона его работы, что неприемлемо при серийном производстве и эксплуатации аппаратуры (из-за трудностей ремонта).

 








Дата добавления: 2016-04-02; просмотров: 1394;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.02 сек.