1.1.5 Дифференцирующий усилитель

Если поменять местами резистор R и конденсатор C в цепи ООС интегратора (см. рис. 1.4), то получается дифференцирующий усилитель (дифференциатор), который будет выполнять обратную операцию (см. рис. 1.6).

При величине статического коэффициента ОУ K  , выходное напряжение дифференцирующего усилителя составит U_вых =  R_ос C (dU₁/dt), где R_осC = _з – постоянная времени заряда конденсатора С и выбирается так, чтобы выходное напряжение усилителя не достигло на рабочем участке предельного значения.

Модуль коэффициента усиления дифференциатора при R_ос = Z_ос и Z_c = 1/jC может быть вычислен по формуле (1.12)

12

(1.12)

Из выражения (1.12) видно, что коэффициент усиления дифференциатора зависит от частоты. С ростом частоты входного сигнала коэффициент усиления и выходное напряжение дифференциатора, увеличиваются (см. рис. 1.5, б).

Обычно выбирают C = 0,01… 1 мкФ [1]

Постоянную времени заряда дифференциатора вычисляют так: _з = R_ocC.

Зная постоянную времени дифференцирования и задаваясь значением емкости, определяют величину сопротивления резистора R_oc.

Найденное значение R_oc должно удовлетворять следующему условию:

R_min = U_{вых max.oy} / I_{вых max.oy} ; R_max = 100 кОм… 1 МОм.

По формуле (1.12) на заданной частоте определяют коэффициент усиления дифференцирующего усилителя.

1.2 Выходные каскады

Если интегратор (дифференциатор) должен работать на низкоомную нагрузку R_н, то между выходом интегратора или дифференциатора и нагрузкой включают дополнительно выходной каскад – усилитель мощности. Усилитель мощности, как правило, выполняют на биполярных транзисторах (см. рис. 1.7). В усилителе мощности усиление по току осуществляется двухтактным выходным каскадом, который реализован на биполярных транзисторах VT1, VT2, VT3, VT4. В качестве выходных транзисторов VT3, VT4 применены транзисторы с проводимостью n-p-n типа. В качестве транзисторов VT1, VT2 используются транзисторы с проводимостью разного типа, образующие комплементарную пару (транзисторы с проводимостями типа n-p-n, p-n-p и одинаковыми параметрами).

Выходной каскад работает в двухтактном режиме: при подаче с выхода интегратора (дифференциатора) на вход оконечного двухплечевого каскада гармонического сигнала плечи каскадов отпираются поочередно, т.е. сигнал, открывающий транзисторы VT1, VT3, запирает транзисторы VT2, VT4.

13

Диоды VD1… VD3 осуществляют параметрическую температурную стабилизацию режима работы транзисторов и совместно с резисторами R₄, R₅ обеспечивают выбранный режим работы транзисторного каскада.

Для получения большей мощности в усилителе мощности (более 5 Вт) и высокого коэффициента полезного действия (КПД) применяют двухтактные каскады, работающие в режиме (классе) В. Но при этом имеют место большие нелинейные искажения усиливаемого сигнала за счет влияния нелинейности участка статической входной характеристики транзистора, на который попадает рабочая точка (точка покоя) транзистора.

Указанный недостаток можно устранить, если перевести работу усилителя мощности в режим (класс) АВ, но при этом снизится на 5…10% его КПД. Режим АВ усилителя мощности обеспечивается путём подачи в базы транзисторов обоих плеч каскада небольшого напряжения смещения U_см, при котором в цепи коллектора каждого транзистора протекает некоторый ток покоя I_кп = (0,05…0,15)I_{к max} (рис. 1.11).

В усилителе мощности функционирующем в режиме (класс) АВ, плечи двухтактной схемы работают поочередно, каждое в течение одного полупериода входного гармонического (синусоидального) сигнала. Для упрощения расчёта такого каскада предполагается, что один усилительный элемент работает в течение всего периода сигнала. Это позволяет выполнять расчеты по семейству характеристик одного элемента, получая при этом данные, относящиеся ко всему каскаду.