Усилитель постоянного тока.

Усилители постоянного тока в отличие от усилителей с резистивно-емкостной связью позволяют равномерно усиливать все частоты входного сигнала, вплоть до самых низких. Вследствие этого свойства они и называются усилителями постоянного тока.

В этом типе усилителей отделение переменной и постоянной составляющих тока производиться компенсационным методом, при этом в отсутствие входного сигнала ток в нагрузке должен быть равен нулю.

Схема усилителя постоянного тока приведена на рис. 15.

+Ек

Rк₁ Rк₂

R₁

uвх Rэ₁ Cэ₁ R₂

Cэ₂ uвых

Rэ₂

-Е₁

Рис.15 Схема усилителя постоянного тока.

Связь между каскадами осуществляется через резисторы. Чтобы не было уравнительного тока между каскадами, использован делитель напряжения от второго источника питания Е₁, реализующий токовую компенсацию в резисторе R₁ .

При изменении Ек или изменении параметров транзистора от температуры может появиться разбаланс, возникнет дрейф нуля, т.е. появляется напряжение на выходе, поэтому в схеме предусматривается регулировка сопротивлений в плечах для установки нуля (определенное неудобство в работе).

Стабилизирующие цепочки RэCэ из-за наличия емкости также плохо влияют на частотные свойства УПТ.

Поэтому реальные схемы УПТ сложней, в них используются симметричное включение транзисторов для ликвидации дрейфа и отсутствуют ёмкости Сэ.

Реальная схема УПТ, в которой приняты меры для ликвидации дрейфа, приведена на рис. 16.

R₂ R₅ R₅ R₇ +Eк

R₁ R₃ R_н

uвых

T₁ T₂ uвх₂ T₃ T₄

uвх₁

Rэ₁ R₄ Rэ₂ R₈

-E₁

Рис. 16 Двухкаскадный усилитель постоянного тока.

Первый каскад усилителя выполнен на двух одинаковых транзисторах Т₁ и Т₂. Выходное напряжение каскада снимается между коллекторами транзисторов Т₁ и Т₂ и подается на следующий каскад. Первый каскад представляет собой 4-х плечий мост, который в случае баланса и при отсутствии сигналов на входах УПТ дает выходное напряжение, равное нулю.

Связь между первым и вторым каскадом осуществляется с помощью делителей R₃R₄ и R₇R₈. Сигнал с первого каскада подаётся между двумя базовыми выводами транзисторов Т₃ и Т₄ второго каскада.

Второй каскад аналогичен первому и также представляет собой балансный усилитель, т.е. является 4-х плечим мостом, в диагональ которого между коллекторами транзисторов Т₃ и Т₄ включена нагрузка Rн.

При подаче переменного напряжения на «вход1» происходит разбаланс моста первого каскада, и на выходе первого каскада появляется сигнал. Аналогично он вызывает разбаланс второго каскада и появление выходного напряжения. Допустим, напряжение на «входе1» uвх₁ положительно, ток через транзистор Т₁ возрастает, потенциал коллектора Т₁ падает, следовательно, падает потенциал базы транзистора Т₄, в результате уменьшается ток транзистора Т₄ и потенциал коллектора Т₄ растет. Следовательно, выходной сигнал uвых возрастает. Сигналы на «входе1» и на «выходе» совпадают по фазе, поэтому
«вход 1» называется «неинвертирующим» входом.

По отношению ко «входу 2» сигнал на выходе находиться в противофазе и этот вход называется «инвертирующим».

Многие усилители такого типа выполнены в виде микросхем, поскольку схемы содержат только усилительные элементы и резисторы, что сравнительно легко реализуется в технологическом цикле изготовления микросхем.

Изображаются микросхемы следующим образом:

7 1

9 К1УТ

К1УТ 5 или 5

10 402

Рис. 17 Условное обозначение микросхемы.

На рисунке 17 номера выводов соответствуют: 7 и 1 – питание (их часто не показывают на схемах), 4 – земля, 5 – выход, 9 – инвертируемый вход, 10 – не инвертирующий вход. Остальные выводы служат для контроля характеристик микросхем в процессе их изготовления и при работе обычно не используются.

Основные параметры микросхемы, например типа К1УТ402:

· Rвх = 1МОм

· Rвых =300 Ом

· Кu _хх =35000-70000.

Имеются также ограничительные параметры V, i_вых, i_вх, и др., а также предельные эксплутационные параметры схемы.

Этот усилитель характеризуется большим значением коэффициента усиления, однако очень нестабилен в работе.

Такие микросхемы с двумя входами и одним выходом и большим коэффициентом усиления на основе усилителей постоянного тока называются операционными усилителями.

Они являются основой целого ряда различных устройств, на их основе можно построить:

· Масштабный усилитель

· Интегрирующий усилитель

· Дифференцирующий усилитель

· Различные типы фильтров и т.д.

Для увеличения стабильности работы схемы используется отрицательная обратная связь.