Меню

Усилители постоянного тока с непосредственной связью имеют существенный недостаток



Усилители постоянного тока (УПТ). УПТ с непосредственной связью между каскадами. Схема. Достоинства и недостатки. Применение.

УПТ предназначены для усиления сигналов медленно изменяющихся во времени. Характерная особенность — отсутствие конденсаторной связи между генератором сигнала, усилительным каскадом и нагрузкой.

Самопроизвольное изменение выходного напряжения УПТ при неизменном напряжении входного сигнала называется дрейфом усилителя. Причины возникновения дрейфа: нестабильность напряжения питания, температурная и временная нестабильность параметров диодов, резисторов, транзисторов. Напряжение дрейфа определяется при закороченном входе:

Величина Uвх др определяет диапазон возможного изменения входного напряжения усилителя при котором напряжение дрейфа составляет незначительную часть полезного выходного сигнала. Смещение — максимальное значение выходного напряжения при Uвх = 0.

УПТ с непосредственно связью между каскадами.

Непосредственная связь между каскадами обуславливает особенности расчета их режима покоя (напряжения и токов при ). Параметры режима покоя каскада рассчитываются с учетом элементов, относящихся к выходной цепи предыдущего каскада и входной цепи последующего каскада. В УПТ выводы коллектора и базы транзисторов соседних каскадов соединены непосредственно. При этих условиях резисторы каждого последующего каскада, осуществляющие внутрикаскадные ООС по постоянному току, предназначены также для создания необходимого напряжения в режиме покоя.

Во входную цепь УПТ последовательно с источником входного сигнала включен источник входного компенсирующего напряжения Uкомп. Его вводят для того, чтобы исключения протекания постоянных токов через Rг и Rн.

Коэффициент усиления рассматриваемой схемы а коэффициенты каскадов определяются по формулам

Способ построения УПТ на основе непосредственной связи простейших усилительных каскадов может быть использован для получения сравнительно невысокого коэффициента усиления (порядка нескольких десятков) при относительно большом усиливаемом сигнале

29. Метод МДМ (модуляция-демодуляция). Достоинства и недостатки.

Модуляция — это процесс представления модулирующего сигнала через определенный параметр несущей

ИУ – избирательный усилитель

Этот метод позволяет получить самое малое напряжение дрейфового тока, маленькое начальное смещение, температурный дрейф практически исключается в усилителях МДМ, т.к. усиливается только переменный сигнал, не подверженный дрейфу. В качестве источников сигнала могут выступать электрические и не электрические сигналы (свет, тепло).

Недостаток: ограниченный частотный диапазон: fm>10fc , чтобы получить выходной сигнал соответствующий по форме входному. Повышается уровень шумов вызванных модуляцией – демодуляцией.

Выпускаются в виде готовых интегральных микросхем. Напр.: 140YD13.

Сигнал от источника попадает на механический либо электрический модуляторы, затем усиливается усилителем переменного тока, который исключает из сигнала собственный дрейф, демодулируется и подается в нагрузку с целью увеличения Кu и улучшения качества.

Усилитель переменного тока может быть избирательным, а детектор – синхронным

Используется для усиления очень слабых низкочастотных сигналов в т.ч. неэлектрической природы.

30. Дифференциальные усилители (ДУ). Схема включения. ДУ в режиме покоя, в режиме усиления противофазного сигнала, в режиме усиления синфазного сигнала. Способ улучшения свойств усилителя (схема).

Дифференциальный усилитель — симметричный усилитель постоянного напряжения с 2-мя входами и 2-мя выходами. Дифференциальный усилительный каскад выполняется по принципу сбалансированного моста, два плеча которого образованы резисторами , а два других — транзисторами . Выходное напряжение снимается между коллекторами транзисторов.

ДУ в режиме покоя

VT1 и VT2 располагаются, чаще всего на одном кристалле в непосредственной близости друг от друга, что обуславливает их близкие параметры и одинаковую температуру. При нагревании либо старении элементов входящих в ДУ. Транзисторы приоткрываются в одинаковой мере, а выходное напряжение между коллекторами остаётся практически нулевым.

Источник

Общие сведения об УПТ. Однотактные (прямого усиления) УПТ

date image2014-02-24
views image1675

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

ВОПРОС №1

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД

УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА И

ЛЕКЦИЯ №8

Этой лекцией начинается изучение нового типа усилителей – усилителей постоянного тока (УПТ), которые могут усиливать сигналы практически любой частоты. Такие усилители нашли широкое применение как в профессиональной технике, так и в бытовой. Простейшим УПТ является усилитель с непосредственными связями между каскадами, однако ему свойственны существенные недостатки, которые устраняются в дифференциальном усилительном каскаде (ДУК).

Определение. Усилителем постоянного тока (УПТ) называется усилитель медленно меняющихся входных напряжений или токов, граничная частота которых равна нулю.

Другими словами, УПТ могут усиливать сигналы, нижняя частота которых fН= 0, а верхняя рабочая частота fВ определяется назначением усилителями и граничной частотой работы усилительного элемента (УЭ). Частотная и амплитудная характеристики представлены на рисунке 8.1.

Рис.8.1. Характеристики УПТ

а) частотная; б) амплитудная

В УПТ отсутствуют реактивные элементы (индуктивности, емкости). При этом УПТ может усиливать как переменную, так и постоянную составляющие сигнала.

УПТ нашли широкое применение в бытовой и профессиональной аппаратуре, например, в:

измерительной технике (осциллографы, генераторы разверток, вольтметры др.);

системах автоматической регулировки усиления (АРУ) радиоприемных устройств (РПУ);

функциональных узлах электроннных вычислительных машин (ЭВМ);

схемах сдвига уровня напряжения различного назначения;

системах электропитания (стабилизаты напряжения и тока);

управляющих, следящих, регулирующих системах;

важнейших элементах современных аналоговых микросхем.

УПТ с непосредственной связью

Для того чтобы усилитель мог усиливать очень медленные электрические колебания в УПТ прямого усиления связь между УЭ и их нагрузкой осуществляется посредством элементов, обладающих проводимостью для очень медленных изменений тока и имеющих сопротивление, не зависящее от частоты. Такими элеменами связи могут быть, например, проводники, резисторы. Конденсаторы, трансформаторы, дроссели в цепях межкаскадной связи УПТ применять нельзя.

Простейшим вариантом схемы УПТ с непосредственной связью является схема, в которой усиленное напряжение сигнала с выхода предыдущего усилительного элемента (УЭ) поступает непосредственно на вход следующего УЭ или нагрузки. Однако на практике следует учитывать, что в этом случае на вход УЭ или нагрузки кроме сигнала поступает также и напряжение питания, которое необходимо компенсировать.

Ниже приведена схема УПТ с непосредственной связью, где такая компенсация реализована (рис.8.2).

Для компенсации напряжения питания и создания между базой и эмиттером второго и третьего транзисторов напряжения смещения, требуемого для получения необходимого тока коллектора, падение напряжения UЭn на Rэ следующего транзистора берется больше падения напряжения UЭn-1 на Rэ предыдущего на разность напряжений коллектор-эмиттер UКЭn-1 предыдущего каскада и база-эмиттер UБЭn следующего

Рис.8.2. УПТ с непосредственной связью

В качестве примера показано нахождение падения напряжения UЭ2 на сопротивлении RЭ2 UЭ2 = UЭ1 + (UКЭ1 UБЭ2 ).

Таким образом, необходимо выполнить условие: Rэ12 > Rк3.

Резисторы Rэ1, Rэ2, Rэ3 в схемах осуществляют термостабилизацию транзисторов. Однако эти резисторы создают в каждом каскаде местную отрицательную связь (ООС) по току, глубина которой в каждом последующем каскаде возрастает. Эта ООС очень сильно снижает коэффициент усиления К1 даже у первого каскада, а коэффициент усиления третьего каскада К3 может оказаться меньше единицы

где К1, К2, К3 коэффициенты усиления 1, 2, 3-го каскадов УПТ;

S крутизна усилительного элемента.

Поэтому проектировать усилитель с числом каскадов более трех нецелесообразно.

При отсутствии сигнала на входе усилителя на его выходе должна отсутствовать не только переменная составляющая, но и постоянная составляющая напряжения. Это достигается введением делителя R3, R4 , который компенсирует постоянную составляющую напряжения, поступающую на нагрузку усилителя с коллектора третьего транзистора. Делитель напряжения R3, R4 компенсирует падение напряжения, поступающее на источник сигнала с резистора Rд2, и сохраняет смещение на входе транзистора VT1 неизменным при включении и выключении источника сигнала.

Однако при изменении температуры, напряжения питания, при старении компонентов ток покоя транзистора VT3 изменится, и на выходе такого усилителя появится постоянное напряжение. Для его уничтожения необходимо регулировать делитель R3, R4, поддерживая отсутствие напряжения на выходе при отсутствии сигнала на входе. Достоинством схемы УПТ прямого усиления является простота построения и экономичность.

Читайте также:  Электродвигатель постоянного тока 132 квт

Основным и существенным недостатком рассмотренного УПТ следует считать нестабильность нулевого значения выходного напряжения в отсутствии сигнала, называемую «дрейфом нуля». Нуль выходного напряжения при воздействии на усилитель различных факторов как бы смещается, «дрейфует» с течением времени, поэтому это явление и называется дрейфом нуля. Основными причинами дрейфа нуля являются изменение параметров элементов при изменении температуры, их старении, а также при изменении напряжения питания схемы.

Указанные факторы вызывают изменение напряжение покоя на электродах УЭ, а эти изменения усиливаются последующими каскадами и поступают на выход. В результате, при отсутствии напряжения сигнала на входе усилителя на его выходе появляется напряжение, имеющее как медленно изменяющую постоянную составляющую Uдрп, так и беспорядочные отклонения от нее колебаний напряжения дрейфа Uдр

Для уменьшения дрейфа нуля УПТ используются следующие способы:

1-й способ – осуществление стабилизации напряжения источников питания,

2-й способ – использование дифференциальных каскадов (компенсационных схем).

Рис.8.3. Дрейф нуля

Применение стабилизаторов напряжения экономически невыгодно. Они сложны, дороги, имеют низкий КПД. Более эффективны балансные и дифференциальные каскады.

Выводы по 1-му вопросу:

1. УПТ, усилитель без частотно-зависимых элементов – конденсаторов, катушек индуктивности, что позволяет достаточно легко интегрировать УПТ в интегральные технологии.

2. Одним из главных недостатков УПТ прямого усиления является наличие дрейфа нуля.

Источник

Усилители постоянного тока с непосредственной связью имеют существенный недостаток

Усилители с непосредственной связью

В миниатюрных транзисторных радиопередающих устройствах нередко возникает необходимость получения большого значения коэффициента усиления низкочастотного сигнала, для чего требуется использовать два и более каскадов усиления. В этом случае применение многокаскадных микрофонных усилителей с емкостной связью, каждый из каскадов которых выполнен на основе рассмотренных схем, не всегда приводит к удовлетворительным результатам. Поэтому в миниатюрных радиопередающих устройствах широкое распространение получили схемотехнические решения микрофонных усилителей с непосредственной связью между каскадами.

Такие усилители содержат меньше деталей, имеют меньшую энергоемкость, легко настраиваются и менее критичны к изменениям величины напряжения питания. Помимо этого усилители с непосредственной связью между каскадами имеют более равномерную полосу пропускания, а нелинейные искажения в них могут быть сведены к минимуму. Одним из главных достоинств таких усилителей является сравнительно высокая температурная стабильность.

Однако высокая температурная стабильность, как и остальные перечисленные выше преимущества усилителей с непосредственной связью между каскадами, могут быть реализованы лишь при использовании глубокой отрицательной обратной связи по постоянному току, подаваемой с выхода на первый каскад усилителя. При применении соответствующего схемотехнического решения любые изменения тока, вызванные как температурными колебаниями, так и другими причинами, усиливаются последующими каскадами и подаются на вход усилителя в такой полярности. В результате усилитель возвращается в исходное состояние.

Принципиальная схема одного из вариантов двухкаскадного микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 2.11. При напряжении питания от 9 до 12 В и максимальном входном напряжении 25 мВ уровень выходного напряжения в частотном диапазоне от 10 Гц до 40 кГц может достигать 5 В. При этом потребляемый ток не превышает 2 мА.

Усилители с непосредственной связью

Рис. 2.11. Принципиальная схема микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами (вариант 1)

Низкочастотный сигнал, сформированный микрофоном ВМ1, через разделительный конденсатор С2 поступает на вход первого усилительного каскада, выполненного на транзисторе VT1. Конденсатор С1 обеспечивает фильтрацию нежелательных высокочастотных составляющих входного сигнала. Через резистор R1 на электретный микрофон ВМ1 подается напряжение питания.

Усиленный сигнал с коллекторной нагрузки транзистора VT1 (резистор R2) подается непосредственно на базу транзистора VT2, на котором выполнен второй усилительный каскад. С коллекторной нагрузки этого транзистора сигнал поступает на выход усилителя через разделительный конденсатор С4.

Необходимо отметить, что резистор R2, используемый в качестве нагрузочного резистора в цепи коллектора транзистора VТ1, имеет сравнительно большое сопротивление. В результате напряжение на коллекторе транзистора VТ1 будет достаточно малым, что позволяет подключить базу транзистора VТ2 непосредственно к коллектору транзистора VТ1. Немалое значение в выборе режима работы транзистора VТ2 играет и величина сопротивления резистора R6.

Между эмиттером транзистора VТ2 и базой транзистора VТ1 включен резистор R4, обеспечивающий возникновение между каскадами отрицательной обратной связи по постоянному току. В результате напряжение на базе транзистора VТ1 формируется с помощью резистора R4 из напряжения, присутствующего на эмиттере транзистора VТ2, которое в свою очередь формируется при прохождении коллекторного тока этого транзистора через резистор R6. По переменному току резистор R6 шунтирован конденсатором С3.

Если по какой-либо причине ток, проходящий через транзистор VТ2, увеличится, то соответственно увеличится и напряжение на резисторах R5 и R6. В результате, благодаря резистору R4, увеличится напряжение на базе транзистора VТ1, что приведет к увеличению его коллекторного тока и соответствующему увеличению падения напряжения на резисторе R2, а это вызовет уменьшение напряжения на коллекторе транзистора VТ1, к которому непосредственно подключена база транзистора VТ2. Уменьшение значения напряжения на базе транзистора VТ2 приведет к уменьшению коллекторного тока этого транзистора и соответствующему уменьшению напряжения на резисторах R5 и R6. При этом уменьшится напряжение на базе транзистора VТ1, этот транзистор прикроется и вновь будет работать в нормальном, первоначально установленном режиме. Таким образом, токи и рабочие точки транзисторов VТ1 и VТ2 будут стабилизированы. Аналогичным образом схема стабилизации функционирует и при возможном уменьшении коллекторного тока транзистора VТ2, например, при уменьшении температуры окружающей среды.

У усилителей с непосредственной связью между каскадами для установки режима обычно бывает достаточно подобрать величину сопротивления лишь одного резистора. В рассмотренной схеме режим работы устанавливается подбором сопротивления резистора R6 или резистора R2.

В связи с тем, что резистор R3 не зашунтирован конденсатором, в данном усилителе возникает обратная связь по переменному току, обеспечивающая резкое уменьшение искажений.

Необходимо отметить, что при любом изменении номинала резистора R4 или величины питающего напряжения усилителя необходимо откорректировать и положение рабочей точки. Важную роль в этом процессе играет резистор R6, вместо которого в процессе налаживания конструкции обычно устанавливается подстроечный резистор, обеспечивающий правильный выбор рабочей точки транзисторов VТ1 и VТ2.

Принципиальная схема еще одного варианта двухкаскадного микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 2.12. Отличительной особенностью данного схемотехнического решения, по сравнению с предыдущим, является то, что для стабилизации режима работы в предлагаемой схеме используются две цепи обратной связи с выхода на вход.

Усилители с непосредственной связью

Рис. 2.12. Принципиальная схема микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами (вариант 2)

Нетрудно заметить, что помимо передачи напряжения, снимаемого с эмиттера транзистора VT2, на базу транзистора VT1 через резистор R4, в данной конструкции также обеспечивается изменение напряжения эмиттера транзистора первого каскада в зависимости от величины тока, проходящего через коллекторную нагрузку транзистора VT2 (резистор R6). Вторая цепь обратной связи, подключенная между коллектором транзистора VT2 и эмиттером транзистора VT1, образована включенными параллельно резистором R5 и конденсатором С3. Необходимо отметить, что от величины емкости конденсатора С3 зависит значение верхней граничной частоты полосы пропускания данного микрофонного усилителя.

При напряжении питания от 9 до 15 В и максимальном входном напряжении 25 мВ уровень выходного напряжения рассмотренного двухкаскадного усилителя в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц может достигать 2,5 В. При этом потребляемый ток не превышает 2 мА.

Читайте также:  Два параллельных проводника сила тока в которых по 100а находится в вакууме

Принципиальная схема еще одного варианта микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 2.13.

Усилители с непосредственной связью

Рис. 2.13. Принципиальная схема микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами (вариант 3)

В данной конструкции сигнал, сформированный микрофоном ВМ1, через разделительный конденсатор С1 и резистор R2 проходит на базу транзистора VТ1, на котором собран первый каскад усиления. Усиленный сигнал с коллектора транзистора VТ1 подается непосредственно на базу транзистора VТ2 второго усилительного каскада.

Между эмиттером транзистора VТ2 и базой транзистора VТ1 включен резистор R4, обеспечивающий возникновение между каскадами отрицательной обратной связи по постоянному току. В результате напряжение на базе транзистора VТ1 формируется с помощью резистора R4 из напряжения на эмиттере транзистора VТ2, которое в свою очередь формируется при прохождении коллекторного тока этого транзистора через резистор R6. По переменному току резистор R6 шунтирован конденсатором С3.

Сформированный на коллекторе транзистора VТ2 сигнал через разделительный конденсатор С4 и потенциометр R8 подается на выход микрофонного усилителя. Для уменьшения частотных искажений в области нижних частот емкость разделительного конденсатора С4 увеличена до 20 мкФ. Потенциометр R8 выполняет функцию регулятора уровня выходного НЧ-сигнала и имеет логарифмическую характеристику (тип В).

В обычных усилительных каскадах, в которых транзистор включен по схеме с общим эмиттером, коэффициент усиления каскада определяется в первую очередь особенностями самого транзистора. В данной схеме коэффициент усиления в значительной степени зависит от параметров второй цепи обратной связи, включенной между выходом усилителя и эмиттером транзистора VТ1. В рассматриваемой схеме эта цепь обратной связи образована резистором R7. Теоретически коэффициент усиления КУС двухступенчатого усилительного каскада с непосредственной связью определяется соотношением величин сопротивлений резисторов R7 и R3, то есть вычисляется по формуле:

Для рассматриваемого каскада коэффициент КУС = 10000/180 = = 55,55. Приведенная формула справедлива для значений коэффициента усиления, находящихся в пределах от 10 до 100. При иных соотношениях вступают в силу дополнительные факторы, влияющие на величину коэффициента усиления. Особые методики расчета следует применять в тех случаях, когда в цепь обратной связи включаются последовательные или параллельные RC-цепочки.

Рассматривая классические схемы микрофонных усилителей на биполярных транзисторах, нельзя не упомянуть о двухкаскадном усилителе, выполненном на двух биполярных транзисторах разной проводимости. Принципиальная схема простого микрофонного усилителя, выполненного на n-p-n и p-n-p транзисторах, приведена на рис. 2.14.

Усилители с непосредственной связью

Рис. 2.14. Принципиальная схема микрофонного усилителя на биполярных транзисторах разной проводимости

Несмотря на простоту, данный усилитель, который можно использовать для усиления сигналов, снимаемых с выхода конденсаторного микрофона, имеет весьма приемлемые параметры. При напряжении питания от 6 до 12 В и максимальном входном напряжении 100 мВ уровень выходного напряжения в частотном диапазоне от 70 Гц до 45 кГц достигает 2,5 В.

Сформированный на выходе микрофона ВМ1 сигнал через разделительный конденсатор С1 подается на базу транзистора VТ1, имеющего n-p-n проводимость, на котором выполнен первый усилительный каскад. Напряжение смещения, подаваемое на базу транзистора VТ1, формируется делителем, который образован резисторами R2 и R3.

Величина спада частотной характеристики данного микрофонного усилителя в области нижних частот в значительной степени зависит от емкости разделительного конденсатора С1. Чем меньше емкость этого конденсатора, тем больше спад частотной характеристики. Поэтому при указанном на схеме номинале емкости конденсатора С1 нижняя граница диапазона воспроизводимых усилителем частот находится на частоте около 70 Гц.

С коллектора транзистора VТ1 усиленный сигнал подается непосредственно на базу транзистора VТ2, имеющего p-n-p проводимость, на котором выполнен второй усилительный каскад. В данном усилителе, как и в рассмотренных ранее конструкциях, используется схема с непосредственной связью между каскадами. В качестве нагрузочного резистора в цепи коллектора транзистора VТ1 используется резистор R4, имеющий большое сопротивление. В результате напряжение на коллекторе транзистора VТ1 будет сравнительно малым, что позволяет базу транзистора VТ2 подключить непосредственно к коллектору транзистора VТ1. Немалое значение в выборе режима работы транзистора VТ2 играет и величина сопротивления резистора R7.

Сформированный на коллекторе транзистора VТ2 сигнал через разделительный конденсатор С4 подается на выход микрофонного усилителя. Для уменьшения частотных искажений в области нижних частот емкость разделительного конденсатора С4 увеличена до 10 мкФ. Величина спада в области верхних частот воспроизводимого усилителем диапазона может быть обеспечена уменьшением сопротивления нагрузки, а также использованием транзисторов с более высоким значением предельной частоты.

Коэффициент усиления данного усилителя определяется соотношением сопротивлений резисторов R5 и R6 в цепи обратной связи. Конденсатор С3 ограничивает усиление на высших частотах, препятствуя самовозбуждению усилителя.

При применении конденсаторного микрофона в цепь его включения потребуется подавать напряжение, необходимое для его питания. С этой целью в схеме установлен резистор R1, который одновременно является нагрузочным резистором выхода микрофона. При использовании рассматриваемого микрофонного усилителя с электродинамическим микрофоном резистор R1 из схемы можно исключить.

Особого внимания заслуживают схемотехнические решения двухкаскадных микрофонных усилителей, в которых входной каскад выполнен на полевом, а выходной каскад – на биполярном транзисторе. Принципиальная схема одного из вариантов простого микрофонного усилителя, выполненного на полевом и биполярном транзисторах, приведена на рис. 2.15. Данная конструкция характеризуется не только низким уровнем шумов и сравнительно высоким входным сопротивлением, но и значительной шириной диапазона частот усиливаемого сигнала. При напряжении питания от 9 до 12 В и максимальном входном напряжении 25 мВ уровень выходного напряжения в частотном диапазоне от 10 Гц до 100 кГц может достигать 2,5 В. При этом потребляемый ток не превышает 1 мА, а входное сопротивление составляет 1 МОм.

Усилители с непосредственной связью

Рис. 2.15. Принципиальная схема микрофонного усилителя на полевом и биполярном транзисторах разной проводимости

Снимаемый с выхода микрофона ВМ1 сигнал через разделительный конденсатор С1 и резистор R1 подается на затвор полевого транзистора VТ1, на котором выполнен входной усилительный каскад. Резистор R2, величина сопротивления которого определяет значение входного сопротивления всей конструкции, обеспечивает по постоянному току связь затвора транзистора VТ1 с шиной корпуса. По постоянному току положение рабочей точки транзистора VТ1 определяется величинами сопротивлений резисторов R3, R4 и R5. По переменному току резистор R5 шунтирован конденсаторами С2 и С3. Сравнительно большая емкость конденсатора С2 обеспечивает достаточное усиление в нижней части диапазона частот усиливаемого сигнала. В свою очередь, величина емкости конденсатора С3 обеспечивает достаточное усиление в верхней части диапазона частот.

Усиленный сигнал снимается с нагрузочного резистора R3 и подается непосредственно на базу транзистора VT2, имеющего p-n-p-проводимость, на котором выполнен второй каскад усиления. Резистор R6, включенный в коллекторную цепь транзистора VT2, не только является нагрузочным резистором во втором усилительном каскаде, но и входит в состав цепи обратной связи транзистора VT1. Соотношением величин резисторов R6 и R4 определяется коэффициент усиления всей конструкции. При необходимости усиление можно уменьшить, подобрав величину сопротивления резистора R4. Сформированный на коллекторе транзистора VТ2 сигнал через резистор R7 и разделительный конденсатор С4 подается на выход микрофонного усилителя.

Источник

Усилители постоянного тока, с непосредственной связью

Для того чтобы усилитель мог усиливать очень медленные эле­ктрические колебания, в усилителях постоянного тока (УПТ) прямого усиления между усилительными элементами и их нагруз­кой используется гальваническая связь, т.е. связь, осуществляе­мая посредством элементов, обладающих проводимостью для очень медленных изменений тока и имеющих сопротивление, в рабочей полосе частот усилителя не зависящее от частоты, на­пример, проводников, резисторов и т. д. Конденсаторы, трансфор­маторы и дроссели в цепях межкаскадной связи таких усилителей применять нельзя.

Читайте также:  Не держит ток импульсный блок питания

Так как УПТ прямого усиления не содержат разделительных и блокировочных конденсаторов большой емкости, дросселей и трансформаторов, то их габаритные размеры могут быть сделаны очень малыми и они оказываются очень удобными для миниа­тюризации. Именно поэтому гибридные и монолитные (твердо­тельные) интегральные схемы обычно выполняются как усилите­ли постоянного тока.

Малогабаритные усилители постоянного тока, выполненные в виде гибридной или интегральной схемы, очень часто использу­ют как составную часть усилителей переменного тока (звуковых, широковещательных, многоканальной связи, телевизионных и т. д.).

Простейшим вариантом схемы гальванической межкаскадной связи является схема непосредственной связи, в которой напря­жение сигнала, усиленное предыдущим усилительным элементом, непосредственно поступает с его выхода на вход следующего усилительного элемента или нагрузку. Однако практически осу­ществить такой способ связи далеко не просто, так как в этом случае на вход усилительного элемента или в нагрузку, с выхода предыдущего усилительного элемента, поступает кроме сигнала так­же и напряжение питания выходной цепи, которое необходимо ком­пенсировать.

Рассмотрим схему транзисторного УПТ с непосредственной связью, изображенную на рис. 2.10.2, где компенсация постоянной составляющей выходного напряжения предыдущего транзистора как будто не вызывает особых затруднений.

Рис. 2.10.2. Транзисторный усилитель постоянного тока с непосредственной связью.

Здесь, для создания между базой и эмиттером второго и третьего транзисторов на­пряжения смещения, требуемого для получения нужного тока коллектора, падение напряжения на Rэследующего транзистора берут больше падения напряжения на Rэпредыдущего на раз­ность напряжений коллектор — эмиттер предыдущего и база – эмиттер следующего:

Резисторы Rэ1, Rэ2, Rэ3в схеме рис. 2.10.2 осуществляют стаби­лизацию точек покоя транзисторов; однако эти резисторы созда­ют в каждом каскаде местную отрицательную обратную связь по току, глубина которой, в каждом последующем каскаде, возраста­ет; эта обратная связь очень сильно снижает усиление даже у первого каскада, а усиление третьего может здесь оказаться да­же меньше единицы. Поэтому проектирование усилителя такого типа с числом каскадов более трех оказывается нецелесообраз­ным.

Как указано выше, в отсутствие сигнала на входе усилителя постоянного тока на его выходе должна отсутствовать не толь­ко переменная, но и постоянная составляющая напряжения; в схеме рис. 2.10.2 это достигается введением делителя R’1R’2, который компенсирует постоянную составляющую напряжения, поступаю­щую на нагрузку усилителя с коллектора третьего транзистора. Делитель же напряжения R1R2 компенсирует падение напряже­ния, поступающее на источник сигнала с резистора Rд2, и сохра­няет смещение на входе транзистора Т1 неизменным при включе­нии или выключении источника сигнала.

Однако при изменении температуры или напряжения питания, старении компонентов ток покоя транзистора Т3 изменится и на выходе такого усилителя появится постоянное напряжение. Для его уничтожения придется регулировать делитель R’1R’2, поддер­живая отсутствие напряжения на выходе в отсутствие сигнала.

Отсутствие общего провода между входной и выходной цепя­ми в схеме УПТ, изображенной на рис. 2.10.2, также является ее не­достатком. Если заземлить в этой схеме один из зажимов вход­ной цепи, подключенная к выходным зажимам нагрузка окажется под потенциалом относительно земли; при заземлении одного из выходных зажимов под потенциалом относительно земли окажет­ся источник сигнала, что иногда нежелательно или недопустимо.

Режим работы транзистора в каскаде такого усилителя выби­рается, как в обычном резисторном каскаде. Коэффициент усиле­ния, частотную характеристику в области верхних частот и пере­ходную в области малых времен для каждого каскада рассчиты­вают с учетом обратной связи, вносимой резистором Rэ.

Однако если схему с непосредственной связью типа рис. 2.10.2 выполнить симметричной (двухтактной), то при включении стабилизирующих режим резисторов Rэв общие провода эмиттеров; истоков или катодов каждого из каскадов местные отрицательные обратные связи по току устраняются и каскады такого усилителя дают полное усиление. Симметричные схемы усилителей постоянного тока с непосредственной связью широко используются в микроминиатюрных транзисторных усилителях постоянного тока. Для того чтобы не терять усиление в каскадах УПТ, как этоимеет место в схеме рис. 2.10.2, для компенсации постоянной составляющей выходного напряжения предыдущего транзистора и создания между базой и эмиттером следующего транзистора требуемого напряжения смещения в УПТ прямого усиления широко используют так называемые схемы сдвига уровня.

Существуют различные схемы сдвига уровня; одной из простейших является схема сдвига уровня посредством делителя из двух резисторов, питаемых от дополнительного источника постоянного тока Едоп. Такая схема сдвига уровня применена в схеме усилителя постоянного тока с потенциометрической межкаскадной связью,изображенной на рис. 2.10.3. Эта схема лишена многих недостатков, которые имеет схема с непосредственной связью, при­веденная на рис. 2.10.2.

Рис. 2.10.3. Транзисторный усилитель постоянного тока с потенциометрической связью и дополнительным источником компенсирующего напряжения.

Здесь входная и выходная цепи имеют общий провод, а питание осуществляется от двух источников постоянного тока источника питания выходных цепей Е и дополнительного источ­ника компенсирующего напряжения Едоп. Компенсация излишнего отрицательного потенциала, поступающего с коллекторов преды­дущих транзисторов на базу последующих, а также компенсация постоянной составляющей напряжения во входной ивыходной цепях здесь осуществляется от дополнительного источника Едоп через резисторы Rc, Rc, R«c, R’’’с.

Резисторы и конденсаторы в цепи эмиттера, изображенные на рис 2.10.3 пунктиром, используются для стабилизации режима и высокочастотной коррекции. Вместо двух источников постоянного напряжения в схеме можно использовать один источник со средней точкой, соединенной с общим проводом, или один источ­ник с искусственной средней точкой, образованной резисторами делителя, подключенного параллельно источнику питания. К недо­статкам потенциометрической схемы связи можно отнести большое число резисторов в каскаде и в 1,5—2 раза меньший коэффициент усиления по сравнению со схемой непосредственной связи; это объясняется шунтированием сопротивлений R потенциометрами, а также тем, что часть напряжения сигнала теряется на резисто­рах Rн.

Резисторы R в коллекторной цепи и режим работы транзис­торов в каскаде с потенциометрической связью выбирают, как в обычном резисторном каскаде предварительного усиления, а ток Iп через резистор Rпберут одного порядка с током покоя коллек­тора I транзистора рассчитываемого каскада. Сопротивления резисторов Rпи Rснаходят по известным напряжениям и токам покоя выходной и входной цепей и напряжениям Е и Едоп; рас­четные формулы для R, Rпи Rcимеют вид:

где U — напряжение между коллектором и эмиттером транзисто­ра рассчитываемого каскада в режиме покоя; U0б.сл и I0б.сл — на­пряжение смещения и ток покоя цепи базы транзистора следую­щего каскада. Коэффициент усиления тока каскада с потенцио­метрической связью

где h21э — статический коэффициент передачи тока транзистора рассчитываемого каскада, а Rвх.тр.сл — входное сопротивление транзистора следующего каскада при включении с общим эмитте­ром.

Для стабилизации режимов работы транзисторов усилитель с потенциометрической связью обычно охватывают петлей достаточ­но глубокой отрицательной обратной связи.

Частотная характеристика на верхних частотах и переходная
в области малых времен у каскадов с потенциометрической свя­зью не отличаются от характеристик обычного резисторного кас­када; поэтому частотные и переходные искажения здесь рассчи­тывают по формулам резисторного каскада. При этом для тран­зисторного каскада в выражении для Rэкв.в вместо Rд.сл подстав­ляют Rc.

Дата добавления: 2015-01-09 ; просмотров: 3870 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник