Общие сведения об усилителях постоянного тока.

УПТ служат для усиления медленно меняющихся сигналов или сигналов, значение которых после изменения остается постоянным сколь угодно долго. Нижняя рабочая частота УПТ f_н = 0, а высшая - f_в определяется назначением усилителя и условиями его работы.

В УПТ для связи между каскадами усилителя приходится включать элементы, способные проводить постоянный ток. Такая связь вносит в УПТ ряд специфических особенностей: затрудняет установку нужного режима транзисторов и требует компенсации постоянного напряжения на нагрузке в режиме покоя.

Особенно сложной задачей в УПТ является обеспечение высокой стабильности работы усилителя при изменениях

напряжений источников питания, режимов работы транзисторов, их параметров и сопротивлений резисторов.

Существенное влияние на дрейф нуля оказывает температурная нестабильность обратного тока коллектора. Любые, даже очень медленные изменения перечисленных величин вызывают изменения токов и напряжений, которые передаются на выход усилителя и приводят к изменениям выходного сигнала (дрейфу выходного сигнала или дрейфу нуля). В многокаскадных УПТ наибольшую опасность представляет нестабильность первого каскада, так как его нестабильность усиливается последующими каскадами. Для уменьшения дрейфа нуля в УПТ применяются различные балансные схемы.

Характеристики УПТ должны удовлетворять ряду требований:

- в отсутствии входного сигнала должен отсутствовать выходной сигнал;

- при изменении знака входного сигнала должен изменять знак и

выходного сигнала;

-напряжение на нагрузочном устройстве должно быть пропорционально

входному напряжению.

Второе и третье требование в УПТ, также как и в других усилителях,

выполняются при работе усилителя в режиме А. Для выполнения

первого условия необходимо отделить полезный выходной сигнал

от постоянных составляющих тока и напряжения транзистора.

В усилителях постоянного тока отделение постоянных составляющих напряжения, как правило, производится компенсационным методом. Такие усилители можно подразделять на усилители с одним и с двумя источниками питания.

5.3 УПТ с непосредственной связью между каскадами

R

R

н

R

R

к

R

к

R

б

R

э

R

э

R

I

I

б

I

к

I

б

I

R

б

I

R

E

E

к

U

вых

U

к2

U

к

э1

U

э1

U

б

э2

U

б

э1

U

вх

В этой схеме выход предыдущего каскада гальванически соединен со входом последующего. Компенсация постоянного напряжения на нагрузке в режиме покоя достигается включением делителя напряжения. Источником входного сигнала Е_с с внутренним сопротивлением R_c может служить фотосопротивление, термопара или другой датчик.

Недостатком рассматриваемой схемы УПТ является то, что для обеспечения режимов покоя транзистора сопротивления резисторов R_к и R_э должны удовлетворять условиям: R_кn < R_k(n-1); R_эn > R_э(n-1), где n – номер каскада усилителя. Вследствие этого коэффициент усиления напряжения убывает от каскада к каскаду, т.е. К_n < K_n-1. Поэтому проектирование такого усилителя с числом каскадов более трех – четырех оказывается нецелесообразным.

5.4. Дрейф нуля и способы борьбы с ним

Усилители постоянного тока имеют специфический недостаток, затрудняют усиление очень малых постоянных напряжений и токов. В УПТ существует так называемый дрейф нуля, который определяет нижний предел, усиливаемых напряжений. Дрейф нуля заключается в том, что с течением времени изменяются токи транзисторов и напряжения на электродах. При этом нарушается компенсация постоянной составляющей напряжения, и на выходе усилителя появляется напряжение в отсутствие входного сигнала. Поскольку УПТ должен усиливать напряжение вплоть до самых низких частот, всякое изменение постоянный составляющих напряжения из-за нестабильности источников питания, старения транзисторов, изменение температуры окружающей среды и т.д. принципиально не отличается от полезного сигнала.

Дрейф нуля УПТ легко можно наблюдать в следующем опыте. Вход усилителя постоянного тока замыкают накоротко (рис), а на выходе включают вольтметр. С течением времени при отсутствии входного напряжения из-за нестабильность значений и неточной их компенсации появляется выходное напряжение, примерная временная зависимость показана на рис.Это напряжение, деленное на коэффициент усиления усилителя, называют дрейфом нуля, приведенным ко входу усилителя:

В дальнейшем под напряжением дрейфа будем понимать напряжение дрейфа, приведенное ко входу усилителя.

Усилитель постоянного тока может правильно воспроизводить на выходе только те сигналы, которые значительно превышают напряжение дрейфа, т.е. при . Поэтому при проектировании чувствительного усилителя приходится принимать специальные меры. Выходное напряжение состоит как бы из двух составляющих монотонно изменяющегося напряжения.

В транзисторных усилителях главной причиной дрейфа нуля является температурная нестабильность транзисторов.

Для борьбы с дрейфом нуля принимают ряд мер:

1) стабилизацию напряжения источников питания;

2) стабилизацию температурного режима;

3) использование дифференциальных (балансовых) схем УПТ.

Схема измерения напряжения дрейфа УПТ

Рис.5.4.

Дрейф нуля УПТ

Рис.5.5.

---

Дата добавления: 2015-08-17