Транзисторные усилители постоянного тока

Напомним, что УПТ предназначается для усиления медленно изменяющихся сигналов, в том числе постоянных входных сигналов (нулевые частоты)

Различают УПТ:

1) с прямым усилением сигнала

2) с модуляцией сигнала.

Усилители с прямым усилением сигнала выполняют с гальванической связью между каскадами, а также между источником сигнала и нагрузкой. Только при гальванической связи цепей, то есть без применения реактивных разделительных элементов (ёмкостей, индуктивностей), возможна передача очень медленных изменений напряжений или токов.

При гальванической связи основными трудностями являются согласование потенциальных уравнений в разных частях схемы и уменьшение нестабильности (дрейфа) выходного сигнала в отсутствие входного сигнала.

Поскольку в схеме транзисторного каскада резистор Rэ в цепи эмиттера необходим для стабилизации режима, а часто и для повышения входного сопротивления, потенциал эмиттера и близкий к нему потенциал базы отличаются от нуля. При связи каскада с источником сигнала для создания необходимого режима в цепь базы вводят ЭДС E_б (от отдельного источника или от источника питания E_к с помощью делителя или опорного диода). При связи каскада с нагрузкой для исключения тока через нагрузку в отсутствие сигнала в цепь нагрузки вводят ЭДС E_н, полученного теми же способами, что и ЭДС E_б. В этой схеме потенциал базы E_б задаётся с помощью делителя, а для компенсации тока через источник сигнала E_б используется ЭДС E_б= U_б. В цепь нагрузки вводят также ЭДС E_н.

Под дрейфом выходного сигнала усилителя (дрейфом нуля) понимают самопроизвольное изменение выходного напряжения или тока входном сигнале, равном нулю, вызванное нестабильностью источников питания и явлением хаотической временной “ползучести” параметров. На стабильность параметров в транзисторных УПТ также оказывает влияние температура. Изменение температуры наиболее сильно влияет на такие параметры транзистора, как ток I_ко, коэффициент передачи β, напряжение на эмиттерном переходе U_эб и сопротивление коллекторного перехода r_к. температурная зависимость параметров и характеристик транзистора обуславливается температурным дрейфом, может быть в значительной мере скомпенсирован схемным путём.

Транзисторные УПТ с непосредственным усилением выполняются в виде однотактных и двухтактных (балансных) усилителей. Для стабилизации рабочей точки и уменьшения дрейфа используют метод температурной компенсации с помощью специальных температурно-зависимых счётных элементов, метод сбалансированного каскада (в двухтактных усилителях) и др.

Усилители с температурной компенсацией содержат в схеме специальные элементы (температуры, полупроводниковые диоды), имеющие отрицательный температурный коэффициент сопротивления и уменьшающие температурный дрейф. Такой элемент включён в ту ветвь схемы, сопротивление которой требуется с повышением температуры.

Наиболее часто её включают во входную цепь транзистора.

Наибольшее применение имеют двухтактные (балансные) усилители, выполненные по схеме параллельно-балансных каскадов. Они имеют по сравнению с однотактными усилителями значительно большие коэффициенты усиления и меньшую величину дрейфа (приведённого)

-ΔI_k/K_v или ΔU_k/K_v.

Двухтактный параллельно-балансный каскад выполнен на двух транзисторах и действием по принципу мостового каскада. Если в обоих половинках каскада абсолютный дрейф будет одинаков, то дрейф напряжения и тока в нагрузке будет отсутствовать.

В действительности не возможно обеспечить полную симметрию схемы и в нагрузке будет иметь место разностный дрейф. Однако этот дрейф значительно меньше, чем в однотактном каскаде.

Чтобы в отсутствие входного сигнала выходное напряжение было равно 0 в схеме источник питания подключён к каскаду через переменный резистор R, изменением положения движка, которого добиваются такой разницы в сопротивлениях R_к1 и R_к2, при которой I_к2R_к1=I_к2R_к2.

Усиливаемые сигналы могут подаваться на вход между базами – симметричный вход или на вход одной из баз – несимметричный вход. При симметричном входе каскада ток через резистор R_э можно считать неизменным, так как ΔI_э1=ΔI_э2. Поэтому ОС через резистор R_э отсутствует. При несимметричном входе каскада коэффициент усиления будет несколько меньше.

Усилители с модуляцией сигнала осуществляют предварительное преобразование (модуляцию) сигнала постоянного тока в сигнал переменного тока, его усиление и последующее выпрямление (демодуляцию). Эти усилители позволяют в значительной степени преодолеть трудности, связанные с температурным временным дрейфом. Рассмотрим структурную схему усилителя с модуляцией входного сигнала.

Сигнал постоянного тока с помощью модулятора М преобразуется в пропорциональный сигнал переменного тока, затем усиливается усилителем переменного тока У и с помощью демодулятора Д на выходе снова преобразуется в сигнал постоянного тока. Процесс преобразования сигналов на входе и выходе должен происходить так, чтобы сохранялась не только пропорциональность между величинами входного и выходного сигналов, но и соответствие между полярностью сигналов постоянного тока и фазой переменного тока.

Использование усилителей переменного тока связано с тем, что дрейф рабочей точки в них не передаётся от каскада к каскаду. Однако в таких усилителях необходимо обеспечить стабильность самого модулятора, представляющего собой как бы первый каскад.

В качестве модулятора применяются различные элементы, параметрами которых (сопротивлением, ёмкостью или индуктивностью) можно управлять с помощью источника переменного тока. Большое распространение имеют контактные и транзисторные прерыватели.

В качестве выходного демодулятора используется выпрямитель или такой же прерыватель, как и на входе, питаемый той же частотой. В последнем случае обеспечивается изменение полярности выходного сигнала постоянного тока соответственно с фазой входного сигнала.

Дата добавления: 2014-01-07