Понятие об усилителях постоянного тока

УСИЛИТЕЛЯХ

Т 8. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ НА ОПЕРАЦИОННЫХ

Т 8.1 Схема и принцип действия дифференциального усилителя

Усилитель, способный усиливать сколь угодно медленные, вплоть до нулевых, изменения входного напряжения, называется усилителем постоянного напряжения или тока (УПТ).

АЧХ такого усилителя не имеет завала на нижних частотах (рис. 1), т.е. имеет равномерный характер вплоть до нулевой частоты.

Таким образом, УПТ, в отличие от усилителя переменных сигналов, усиливает не только переменную, но и постоянную составляющую входного напряжения (тока) Без нарушения соотношения между ними.

Схему УПТ можно получить достаточно просто, если исключить из усилителя переменных сигналов (рис. 2) элементов, которые препятствуют медленным изменениям токов и напряжений, т.е. катушки индуктивности, конденсаторы, трансформаторы. На рис. 2 показана схема трёхкаскадного УПТ с непосредственными связями между каскадами.

Рис. 2. Трёхкаскадный УПТ с непосредственными связями

Полученная таким образом схема не содержит крупногабаритных элементов, плохо поддающихся миниатюризации современными технологическими средствами. Поэтому она может быть выполнена в виде интегральной схемы, что повышает её надёжность. Однако исключение разделительных конденсаторов усложняет задачу согласования режимов работы каскадов как по постоянному, так и по переменному току.

На схеме указаны напряжения, соответствующие одинаковому для всех транзисторов режиму: U_БЭ1 = U_БЭ2 = U_БЭ3 = 0,7 B, U_КЭ1 = U_КЭ2 = U_КЭ3 = 5 B, I_К1 = I_К2 = I_К3 = 1 мА. Для обеспечения такого режима транзисторов необходимо, чтобы напряжение на эмиттерном резисторе каждого каскада компенсировало постоянную составляющую режима покоя предыдущего каскада, т.е. должно выполняться соотношение

Это отношение будет выполняться если

Следовательно, глубина ООС в каждом последующем каскаде будет больше, чем в предыдущем, т.к. сопротивление эмиттерных резисторов от каскада к каскаду увеличивается. На практике, если таких последовательно включённых каскадов больше трёх, то коэффициент усиления последующих каскадов стремится к единице. Поэтому проектирование УПТ такого типа с числом каскадов больше трёх, как правило, нецелесообразно.

Для задания режима покоя VT₁ на его входе должно присутствовать постоянное напряжение 5,7 В. При подключении источника входного сигнала это напряжение не должно изменяться, т.к его изменение будет восприниматься усилителем как входное напряжение. Решение этой проблемы значительно усложняет схему. Другая особенность УПТ этого типа – при отсутствии входного напряжения выходное напряжение не равно нулю (). Для компенсации применяются схемы сдвига выходного уровня требующее дополнительных элементов и источников напряжения.

И, наконец, в УПТ наблюдается, так называемый, дрейф нуля, под которым понимается изменение выходного напряжения или тока усилителя, не связанные с воздействием входного сигнала, а обусловленное изменением режимов работы его элементов вследствие воздействия различных внешних дестабилизирующих факторов. Иначе говоря, нестабильность режимов каскадов приводит к медленному изменению выходного напряжения даже при закороченных входных зажимах. Этот дрейф выходного напряжения воспринимается как ложный сигнал и является основным источником погрешностей УПТ. В схеме на рис.2 дрейф нуля измеряется десятками милливольт. Поэтому она применяется сравнительно редко.

В настоящее время в аналоговых интегральных схемах широко применяются УПТ выполненные в виде балансной (мостовой) схемы параллельного типа, в которой отмеченные недостатки проявляются в гораздо меньшей степени.

Дата добавления: 2014-01-03