10 Усилители постоянного тока

Как правило, коэффициент усиления одиноч­ного транзисторного каскада не превышает нескольких десятков. Поэтому в случае необходимости получения больших значений коэффициента усиления используют мно­гокаскадные усилители, построенные путем последовательного соединения нескольких одиночных каскадов. При таком соединении встает проблема согласования входных и выходных сигналов раз­личных каскадов как по постоянному, так и по переменному току.

Ранее отмечалось, что усилительные устройства могут класси­фицироваться, в частности, и по виду межкаскадных связей. При этом было выделено две группы усилителей: усилители перемен­ного тока; усилители постоянного тока.

Усилители постоянного тока. Усилитель постоянного тока способен усиливать входной сигнал без наруше­ния соотношения в нем постоянной и переменной составляющих, что достигается исключением из усилителя элементов, препят­ствующих передаче очень медленных изменений входного напря­жения или тока, т. е. конденсаторов или трансформаторов связи. Между отдельными каскадами усилителя осуществляется так называемая гальваническая связь: связь посредством элементов, обеспечивающих двустороннюю передачу сколь угодно медленных изменений сигнала (напряжения или тока). В частном случае (при отсутствии каких-либо дополнительных элементов) гальвани­ческая связь превращается в непосредственную.

Рис 6.43. Схема двухкаскадного усилителя постоянного тока с согла­сованием режимов по постоянному току с помощью стабилитронов

При проектирова­нии необходимо решить две технически сложные задачи. Во-первых, необходимо согласовать режимы работы отдельных каскадов как по постоянному, так и переменному току, и, во-вторых, мини­мизировать дрейф нуля.

На первый взгляд согласование режимов по постоянному току в схеме,, выполнить достаточно просто. Для этого необходимо, чтобы напряжение на эмиттерном рези­сторе каждого последующего каскада компенсировало постоян­ную составляющую режима покоя предыдущего каскада. Однако такой метод согласования приводит к тому, что глу­бина местной последовательной ООС по току в каждом последую­щем каскаде будет больше, чем в предыдущем. Поэтому коэффи­циент усиления каждого последующего каскада будет меньше. чем предыдущего. На практике, если таких последовательно вклю­ченных каскадов больше трех, то коэффициент усиления после­дующих каскадов стремится к единице.

Устранить данный недостаток можно, используя в эмиттерных цепях транзисторов нелинейные элементы, падение напряжения на которых не зависит от их сопротивления. В качестве таких эле­ментов в усилителях постоянного тока часто используют стаби­литроны.

Применение стабилитронов полностью не решает проблему со­гласования режимов как по постоянному, так и переменному току. Действительно, поскольку напряжение эмиттерного элемента (ре­зистора или стабилитрона) в каждом последующем каскаде долж­но быть больше, чем в предыдущем, соответственно уменьшается возможное максимальное значение амплитуды выходного сигнала каскада. Однако по принципу работы амплитуда сигнала в каж­дом последующем каскаде усилителя должна быть больше, чем в предыдущем. Поэтому проектирование на этом принципе усили­телей с числом каскадов большим трех, как правило, нецелесооб­разно. Следовательно, усилители постоянного тока, в которых использован этот метод согласования режимов, имеют вполне определенный предел по коэффициенту усиления. К тому же уселители обладают следующими недостатками.

На входе усилителя присутствует некоторое постоянное напряжение, необходимое для задания режима покоя транзистора первого каскада. Подключение источника входного напряжения С конечным выходным сопротивлением изменит режим работы этого каскада по постоянному току. Это изменение в случае постоянства выходного сопротивления источника входной информации можно компенсировать изменением резисторов. Однако, если вы­ходное сопротивление источника сигнала в процессе работы не ос­тается постоянным, его изменения будут восприниматься усили­телем как входной сигнал. Кроме того, существуют источники информации (датчики), подача на которые постоянного напряже­ния недопустима.

При отсутствии входного сигнала на выходе усилителя при­сутствует некоторое постоянное напряжение, обусловленное режи­мом покоя выходного транзистора усилителя.

Частично устранить указанные недостатки можно введением во входную и выходную цепи усилителя дополнительных делителей напряжения (на рис. 6.42 показаны штриховой линией). Однако это усложняет схему усилителя и увеличивает рассеиваемую в нем мощность, что препятствует применению методов интегральной и гибридной технологий при его изготовлении. К тому же такое решение повышает выходное сопротивление усилителя.