Понятие об усилителе постоянного тока (упт)

Усилители постоянного тока могут усиливать медленные электрические сигналы; их низшая рабочая частотаf_Н=0 (постоянный ток), а высшая рабочая частота f_В определяется назначением усилителя. Следовательно, усилитель должен усиливать сигналы постоянного и переменного тока. Поэтому в их межкаскадных связях должны отсутствовать конденсаторы. Кроме того, в интегральном исполнении нельзя получить конденсаторы большой емкости, что может привести к большим искажениям сигнала в области нижних частот. Простейшим вариантом гальванической межкаскадной связи является схема непосредственной связи, в котором напряжение сигнала, усиленное предыдущим усилительным элементом, непосредственно поступает с его выхода (коллектор VT1, рисунок 8) на вход следующего усилительного элемента (база VT2).

При отсутствии сигнала на входе усилителя U_ВХ=0 на его выходе должна отсутствовать не только переменная, но и постоянная составляющие напряжения. При включенном источнике питания в цепи смещения транзистора VT1 протекает ток делителя и на базе транзистора VT1 возникает напряжение U_Б=I_Д·R_Д2. Для компенсации этого напряжения в схему УПТ вводится делитель R1R2. Падение напряжения на резисторе R2 равно напряжению U_Б, т.е. U_ВХ=0. При этом напряжение смещения на базе VT1 остается постоянным.

При отсутствии сигнала в транзисторе протекают постоянные токи и на резисторе R_Э1 создается падение напряжения U_RЭ10, а на внутреннем сопротивлении транзистора – U_КЭ10. Значение резистора R_Э2 выбирается таким, чтобы сумма падений напряжений в контуре R_Э1, VT1, база-эмиттер VT2, R_Э2 равнялась нулю, т.е. произошла компенсация постоянного напряжения на выходе транзистора VT1.

U_RЭ10+U_КЭ10=U_RЭ20+U_БЭ20

Аналогичным образом происходит компенсация постоянной составляющей напряжения между VT2 и VT3.

Для компенсации постоянной составляющей на выходе (напряжение на коллекторе VT3) вводят компенсирующий делитель R3, R4, т.е. нагрузку включают в мост, плечи которого состоят из резистора R_К3, сопротивления R_ЭК VT3 и R_Э3, R3 и R4.

Недостатками рассмотренного УПТ являются:

1. малый коэффициент усиления второго и третьего каскада за счет большого значения R_Э2 и R_Э3, создающими глубокую отрицательную связь.

2. отсутствие общего провода между входной и выходной цепями, который необходим, если источник сигнала и нагрузка имеют общую точку (землю).

Указанные недостатки могут быть устранены при использовании УПТ с потенциометрической обратной связью (рисунок 9).

Здесь входная и выходная цепи имеют общий провод, а питание осуществляется от двух источников постоянного тока Е₀₁ и Е₀₂. Источник Е₀₁ осуществляет питание усилительных элементов. С помощью источника Е₀₂ происходит компенсация постоянного напряжения на входе усилительных элементов и на выходе усилителя при напряжении сигнала равном нулю, т.е. за счет дополнительного источника и делителей напряжения осуществляется сдвиг уровня постоянного напряжения.

Дрейф нуля

Если закоротить вход усилителя (рисунок 8) и к выходу подключить вольтметр с самописцем, то можно получить изображенный на рисунке 10 график зависимостиU_ВЫХ от времени. Выходное напряжение колеблется около некого среднего значения U_ДР.П (штриховая линия), которое в свою очередь изменяется во времени (U_ДР.К). Изменение среднего значения выходного напряжения или тока носит название дрейфа нуля УПТ. Относительно быстрые неупорядоченные колебания выходного напряжения U_ДР.К около его среднего значения обусловлены собственными шумами усилителя. Основная причина дрейфа нуля УПТ – изменение обратного тока коллектора и смещение входной характеристики при изменении температуры и нестабильности напряжения источника питания.

Для УПТ дрейф нуля представляет собой очень вредное явление, так как он не отличим от усиливаемых сигналов, искажает их и может недопустимо изменить режим работы усилительных элементов.

Мероприятия, обеспечивающие уменьшение дрейфа нуля в УПТ, требуют больших материальных затрат. Поэтому экономически более выгодно для уменьшения дрейфа нуля применять сравнительно простые балансные схемы в первых каскадах усилителей.