Усилители постоянного тока (УПТ)

Это усилители, которые предназначены для усиления переменных и постоянных или сколь угодно медленно изменяющихся во времени сигналов.

В УПТ обычно применяется непосредственная или гальваническая связь между каскадами, а также между источником сигнала и входом усилителя, между выходом и нагрузкой.

Наличие непосредственной связи приводит к 2 особенностям:

1) Необходимость согласования по постоянной составляющей каскадов между собой.

2) «Дрейф нуля»

Под «дрейфом нуля» понимают изменение напряжения на выходе усилителя, при постоянстве входного сигнала.

Причины дрейфа:

1) Т⁰ зависимость параметров элементов схемы- «Т⁰ дрейф»

2) Зависимость параметров элементов от питающих напряжений.

3) Нестабильность параметров элементов во времени. Связана со старением элементов. «Временный дрейф».

4) Шумы элементов схемы.

Все эти причины медленно изменяются во времени, а потому в усилителях переменного тока они не приводят к изменениям входного сигнала, т.к. К()=0.

В УПТ эти причины попадают в диапазон усиленных частот и многократно усиливается, что и создаёт «дрейф нуля» оценивается:

₁₎

Абсолютный дрейф U_др

2) Приведённый дрейф

По принципу действия УПТ делится на 2 группы:

1) УПТ прямого усиления

2) Балансные схемы

Для уменьшения «дрейфа нуля» в УПТ применяют:

1) Используют стабилизирующие источники питания.

2) Вводят отрицательные обратные связи.

3) Применяют термокомпенсацию активных элементов.

4) Применяют термостабилизацию устройства в целом или наиболее ответственных его частей.

5) Применяют специальные схематические решения.

Одним из таких решений является дифференциальный усилительный каскад. В таком каскаде при прочих равных условиях дрейф 0 оказался меньше.

Схема имеет 2 входа, на которые можно подавать:

1) На один из входов, 2-ой заземлить, несимметричный входной сигнал.

2) На каждый из входов можно подавать сигнал от отдельного источника, при этом

– синфазный

3) От одного источника, который включён между входами

Источник может не имет общей точки со схемой усилителя

Выходным сигналом усилителя может являться:

U_k1 или U_k2 – Несимметричный выходной сигнал.

Обычно за выходной сигнал принимают разницу U_вых=U_к2 –U_к1= симметричный сигнал=

VT1VT2, R_k1R_k2

Работа дифференциального каскада.

Если на обоих входах одинаковые сигналы, то I_k1= I_k2, U_вых=0

Дифференциальный каскад(ДК) не должен усиливать синфазный входной сигнал. Если U_вх>0, т. е. (U_вх2-U_вх1)>0, то напряжение на коллекторе VT2 уменьшится, а на коллекторе VT1 увеличится. На выходе усилителя возникает выходной сигнал

Основные параметры диффиренцального усилителя:

1) Коэффициент усилителя дифференциального сигнала

R_к – сопротивление коллекторной цепи

h₁₁– входное сопротивление БТ.

2) Коэффициент усиления синфазного сигнала R_э

УПТ с преобразованием входного сигнала.

М – модулятор – транзисторный ключ

Д – демодулятор

Принцип работы:

Входящийй аналоговый сигнал с помощью модулятора превращается в последовательность прямоугольных импульсов, амплитуда которых соответствует входному сигналу. Эти импульсы с помощью усилителя переменного тока усиливаются в необходимое число раз.С помощью демодулятора восстанавливается огибающая, усиленная последовательностью импульсов.

Чтобы модулятор и де модулятор не создавали искажений в усиленном сигнале

Т.к. основное усиление происходит с помощью усилителя переменного тока, то «дрейф нуля» в таких усилителях практически отсутствует.

Операционные усилители (ОУ).

Это УПТ с большим коэффициентом усиления, имеющие дифференциальный вход и общий выход. Такие усилители обычно применяются с различными обратными связями, которые определяют параметры устройства в целом.

Условные обозначения и схема включения ОУ по постоянному току.

1 – “-“ инвертирующий вход

2 – “+” неивертирующий вход

3,4 – для подключения питающих напряжений

Для питания ОУ обычно требуется двух полярное напряжение. Обычно 15В

5 – выход ОУ выходным сигналом ОУ является U_вых=

1,2 –входы

3,4 – для подключения питающих напряжений

5 – общая точка схемы ОУ

6 – выход

7,8 – выводы для подключения элементов частотной коррекции

ОУ имеет большой коэффициент усиления и обычно используется при различных обратных связях, что может привести к его самовозбуждению. Для устранения между выводами 7,8 обычно подключают C_к,. который и формирует нужную частотную характеристику усилителя.

9,10 – выводы для подключения элементов балансировки.

ОУ считается сбалансированным, если U_вых=0|_{Uвх-=Uвх+=0}

4

	Rбал

9 10

11 –корпус ОУ

Структурная схема операционного усилителя.

ОУ представляет собой многокаскадное устройство.

1) ДУ – предназначен для усиления разностного и подавления синфазного входного сигнала.

2) УН – усилитель напряжения(обеспечивает основное усиление сигнала по напряжению).

3) КСУ – каскад сдвига уровня (обеспечивает смещение усиленного входного сигнала по постоянной составляющей, что необходимо для нормальной работы усилителя мощности).

4) УМ – усилитель мощности (повышает нагрузочную способность ОУ и обеспечивает на нагрузке сигнал необходимой мощности).

Основные параметры и характеристики ОУ.

Можно разбить на следующие группы:

1) Передаточные

2) Входные

3) Выходные

4) Частотные

5) Динамические

6) Дрейфовые

Передаточные:

1) АХ

АХ реального усилителя не проходит через 0. Она смещена влево или в право

Из за этого происходит разбаланс ОУ.

Его параметры:

1)

2) U_см.0 – это такое напряжение, которое надо подать на вход чтобы устранить разбаланс ОУ.

Входные параметры ОУ:

1)

Если R₁R₂, то ,

Для устранения разбаланса ОУ, связанного с входными токами, R₁ и R₂ должны выбираться одинаковыми. R₁=R₂

2)

3) U_{max вх. диф.}

4) U_{max вх. сс.}

Выходные параметры:

1)

2)

3) I_{вых. max} < 10мА

4) Наличие защиты от короткого замыкания

Частотные параметры:

1)

2) f₁–частота единичного усилителя K_u(f₁)=1

Динамические параметры:

Характеризуют выходной сигнал при подаче на вход ступенчатого напряжения

1) Скорость нарастания выходного напряжения

2) t_уст –время установки выходного напряжения.

Дрейфовые параметры:

Характеризуют зависимость перечисленных выше параметров от t⁰ и величины питающего напряжения.

1) ОУ широкого или общего применения. Такие ОУ имеют средние значения параметров. Они наиболее дёшевы, а потому применяются наиболее часто.

2) Прецизионные ОУ. Предназначены для точного выполнения операций над аналоговыми сигналами. Их называют измерительными усилителями. K_oy> и малые значения дрейфовых параметров.

3) Быстродействующие ОУ. Для усилителя импульсных и широкочастотных сигналов.

4) Микромощные ОУ. Для применения в атомных устройствах с малым энергопотреблением.

5) Программируемые ОУ. Имеют добавочный вход, подавая напряжение на который можно управлять

Понятие об идеальном ОУ.

Анализ схем, содержащих ОУ упрощается, если его считать идеальным. Под идеальным ОУ понимают ОУ со следующими параметрами:

1)

2)

3)

4)

Входы ОУ можно считать виртуально- короткозамкнутым

КЗ – короткое замыкание

Виртуальное КЗ

Дата добавления: 2014-01-07