1 Выбор структурной схемы устройства
Для уменьшения самопроизвольного изменения «нулевого» уровня выходного напряжения воспользуемся схемой дифференциального усилителя. Найдем входное сопротивление усилителя:
(1)
Такое значение входного сопротивления обусловило выбор входного усилительного каскада на полевых транзисторах. Для получения большего коэффициента усиления построим усилительный каскад по схеме с ОИ.
Найдем требуемый коэффициент усиления устройства:
(2)
Для получения требуемого коэффициента усиления невозможно ограничиться одним каскадом усиления, поэтому введем еще один усилительный каскад. Дальнейший расчет принципиальной схемы подтвердит достаточность выбора двух дифференциальных каскадов.
Таким образом, усилитель состоит из двух каскадов, содержит источник питания и сопротивление нагрузки.
Структурная схема устройства имеет вид, приведенный на рисунке 1.
Первый усилительный каскад
Второй усилительный каскад
Нагрузка
Источник питания
Рисунок 1 – Схема электрическая структурная
2 Выбор принципиальной схемы устройства
Каждый каскад представляет собой, по существу, мост, плечами которого являются резисторы R2=R5(для входного каскада) – нагрузочные сопротивления в цепи коллектора транзисторовVT1 иVT2) иR7=R10 (для оконечного каскада) и внутренние сопротивления транзисторов (вместе с соответствующей частью резистораR3 иR4) (см. схему 5093.059000.000 Э3). Для нормальной работы схемы она должна быть строго симметричной. В этом случае в исходном состоянии (до поступления входного сигнала) мост окажется сбалансированным, а напряжение на его выходе будет равно нулю.
При полной симметрии плеч токи покоя обоих транзисторов, а также их отклонения в случае изменения режима ( например, при изменении напряжения Uпит или температуры) 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. Воздействие входного напряжения любой полярности приводит к разбалансировке моста, так как на базы транзисторов подаются напряжения разных знаков. При этом потенциалы коллекторов получают одинаковые по абсолютной величине, но противоположные по знаку приращения, создающий на нагрузке напряжениеUвых , величина и полярность которого зависят только от величины и полярности входного напряжения.
В реальных балансных схемах всегда имеется некоторая асимметрия. Поэтому напряжение дрейфа на выходе полностью не исчезает. Однако дрейф нуля в балансных схемах определяется разностью токов обоих транзисторов и поэтому значительно меньше, чем в обычных схемах.
Для соединения балансных каскадов друг с другом используется непосредственная связь, при которой стоки транзисторов предыдущего каскада соединены с базами транзисторов последующего. Напряжение смещения на затворы транзисторов подается с помощью резистора R4, сопротивление которого практически не влияет на усиление каскада.