Усилитель постоянного тока

В устройствах автоматического контроля и регулирования часто регистрируют величины: мощность, угол сдвига фаз, давление, температура, световой поток, прозрачность и многие другие величины. Эти величины преобразуются в медленно изменяющиеся токи и напряжения, частота которых меняется в пределах единиц и долей Герца.

Для усиления таких медленно изменяющихся напряжений или токов необходимы усилители. Такие усилители носят название усилителей постоянного тока (УПТ).

С помощью этих усилителей усиливается напряжение порядка долей милливольта, а токи 10^-15 – 10^-16А.

Для усиления таких слабых сигналов одного каскада недостаточно. Соединение каскадов между собой сопряжены с определенными трудностями, т.к. для связи нельзя использовать конденсаторы и трансформаторы.

		а)

Поэтому единственный способ межкаскадной связи в УПТ является непосредственная (гальваническая) связь. Как и обычные усилители УПТ должны отвечать ряду требований.

1. В отсутствие входного сигнала должен отсутствовать сигнал на выходе.

2. При изменении знака входного сигнала должен измениться знак выходного сигнала.

3. Напряжение на нагрузочном сопротивлении должно быть пропорционально входному напряжению.

Второе и третье условие выполняется, если усилитель работает в режиме А. Для выполнения первого условия необходимо отделить полезный выходной сигнал от постоянных составляющих тока и напряжения транзистора.

Такое разделение, как правило, производится компенсационным методом.

Получение сигнала на выходе, при отсутствии входного сигнала получило название «дрейфа нуля».

«Дрейф нуля» может быть вызван нестабильностью напряжений источников питания, изменением параметров усилительных элементов и деталей схемы, в следствие их старения, колебаний окружающей температуры и т.д.

Любые, даже медленные изменения перечисленных величин, вызывающих медленные изменения токов, через гальваническую связь передаются на выход усилителя и приводят к изменению выходного напряжения.

Эти изменения выходного напряжения фактически не отличаются от изменений, связанных с действием на вход полезных сигналов. Напряжение дрейфа на выходе усилителя может оказаться одного порядка с напряжением сигнала или даже больше его. Это приводит к недопустимым искажениям усиливаемого сигнала.

Наиболее действенным методом уменьшения «дрейфа нуля» является использование мостовых балансных УПТ. Схема такого типового усилителя приведена на рис. 5.12.

Рис. 5.12. Схема мостового балансного УПТ

Данная схема представляет собой мост, плечи которого: резисторы R_K1 = R_K2, внутренне сопротивление транзистора Т₁ и Т₂ (вместе с частью резистора R₀ и R_Э).

К одной диагонали моста подведено напряжение источника питания (Ек), к другой – сопротивление нагрузки (Rн).

Рис. 5.13. Эквивалентная схема мостового баланса УПТ.

Для нормальной работы схемы она должна быть строго симметричной. До поступления сигнала мост сбалансирован (уравновешен), напряжение на его выходе равно нулю.

(потенциалы)

φ₁=φ₂ U_ВЫХ = φ₁ - φ₂ = 0

U_ВЫХ = 0

При полной симметрии плеч токи покоя транзисторов, а также их отклонение в случае дестабилизирующих факторов одинаковые потенциалы коллекторов также равны, т.к. дестабилизирующее воздействие на оба транзистора одинаково и одновременно, баланс моста не нарушается, выходное напряжение равно нулю, дрейф отсутствует.

Воздействие входного напряжения любой полярности приводит к разбалансировке моста, так как на базы транзисторов подается напряжение разных знаков. Потенциалы коллекторов получают одинаковые по абсолютной величине, но противоположные по знаку приращения. По нагрузочному сопротивлению R_н течет ток, создавая напряжение U_ВЫХ, величина и полярность которого зависят только от величины и полярности входного напряжения.

В реальных схемах всегда имеется асимметрия, для ее уменьшения используется резистор R₀ ≈ (0,01-0,05) R_Э.

На резисторе R_Э создается падение напряжения за счет токов эмиттеров обоих транзисторов, которое используется как напряжение обратной связи в режиме покоя.

U_Э = (I_Э1 + I_Э2) х R_Э

При полезном сигнале токи эмиттеров обоих транзисторов получают равные по величине, но противоположные по знаку приращения.

Δ I_Э1 = - Δ I_{Э 2}, т.к. потенциалы баз всегда противоположны.

Дата добавления: 2015-06-04