31.Усилители постоянного тока
Усилителем постоянного тока (УПТ) называют такой электронный усилитель, который усиливает медленно меняющиеся сигналы, в том числе и постоянные. Таким образом, нижняя граничная частота его АЧХ должна быть равна 0, кроме того усилитель должен реагировать на знак сигнала, выходное постоянное напряжение при отсутствии сигнала на входе должно быть стабильным.
В настоящее время основой для УПТ являются так называемые дифференциальные каскады (ДК), реагирующие на разность сигналов на двух его входах. Схема ДК состоит из двух симметричных плеч, что дает возможность иметь на выходе реальный нуль при нулевых или равных сигналах на входе, причем при хорошей симметрии нестабильность нуля (дрейф нуля) значительно меньше дрейфа нуля в обычных каскадах.
Реальные схемы естественно не могут обладать идеальной симметрией плеч, поэтому задачей при построении таких УПТ является схемотехническое увеличение симметрии.
На рис.2 дана схема ДК. С целью обеспечения симметрии плеч транзисторы VT1 и VT2 одинаковы, Rк1=Rк2=Rк . Режим работы транзисторов – линейный, обеспечивается резисторами Rб1 , Rб2 , Rк1 , Rк2 , Rэ .
В режиме покоя (Uвх,1=Uвх,2=0), напряжения на коллекторах каждого транзистора:
Uкэ,0=Eп – Iк,0Rк – 2Iэ,0Rэ ,
где Iк,0 , Iэ,0 – коллекторный и эмиттерный токи в рабочей точке.
Для нормальной работы схемы необходима полная симметрия плеч. В этом случае в исходном состоянии (до поступления входного сигнала) мост окажется сбалансированным, а напряжение на его выходе будет равно нулю. Реально симметрия достигается, прежде всего, выбором согласованной пары (идентичных) транзисторов и вспомогательных элементов каскада (резисторов цепей смещения, стабилизации и т.п.). Нередко используются транзисторные сборки, в которых оба активных элемента выполняются в едином технологическом процессе на одной подложке, в непосредственной близости друг от друга. Если в схеме обеспечена абсолютная симметрия, то выходное напряжение не изменяется из-за действия дестабилизирующих факторов (температуры и других внешних факторов).
При полной симметрии плеч токи покоя обоих транзисторов, а также их отклонения в случае изменения режима (например, при изменении напряжения Ек изменении температуры и т. п.) имеют равную величину. Потенциалы коллекторов при этом также равны или получают одинаковые приращения напряжений. Поэтому при одинаковом воздействии дестабилизирующих факторов на оба транзистора одновременно баланс моста не нарушается и выходное напряжение не появляется, т.е. напряжение дрейфа равно нулю.
При рассмотрении балансовых схем выделяют дифференциальные и синфазные коэффициенты усиления.
Дифференциальное напряжение представляет собой разность входных (выходных) напряжений:
Uдиф = U1 - U2.
синфазное входное напряжение. В полностью сбалансированном балансном каскаде в этом случае выходное напряжение будет равно нулю, причем для любого значения синфазного сигнала. Таким образом, балансные усилители усиливают только дифференциальную составляющую и не усиливают синфазную составляющую.