3.1.8 Підсилювачі постійного струму Підсилювачі постійного струму прямого підсилення

Часто при вимірюваннях неелектричних величин необхідно підсилювати сигнали дуже низьких частот (долі Гц). Для цього необхідні підсилювачі, які однаково підсилюють напруги або струми всіх частот до самих низьких.

Підсилювачі, які мають рівномірну частотну характеристику до самих низьких частот називаються підсилювачами постійного струму (ППС).

Н

Так як в багато каскадних ППС для зв’язку між каскадами не можуть бути використані реактивні елементи зв’язку (конденсатори, трансформатори), які не пропускають постійний струм, то в них, як правило, використовується резистивний або гальванічний міжкаскадний зв’язок.

Найпростішим варіантом схеми гальванічного міжкаскадного зв’язку є схема безпосереднього зв’язку (рис.3.13).

а рис.3.12. показана амплітудно-частотна характеристика підсилювача постійного струму.

К

0 10 10³ 10⁵ 10⁷ F, Гц

Рис.3.12. Амплітудно-частотна характеристика ППС

Х арактеристики ППС повинні задовольняти ряд вимог:

• при відсутності вхідного сигналу повинен бути відсутній струм у навантаженні;

• при зміні напрямку вхідного сигналу повинен змінити напрям струм у навантаженні;

  • струм (напруга) навантаження повинен бути пропорційним вхідному сигналу.

Для виконання першої умови необхідно відділити корисний вихідний сигнал від постійних складових напруги і струму каскадів. В ППС відсутні елементи для виконання цієї функції. В зв’язку з цим вихідна напруга U_вих визначається тут не лише підсиленим корисним сигналом, а й неправдивим сигналом, який утворюється за рахунок змін в часі параметрів режимів каскадів по постійному струму.

Зміна вихідної напруги при незмінній напрузі вхідного сигналу, і яка обумовлена внутрішніми процесами в підсилювачі, називають дрейфом нуля підсилювача.

- Е_К

R′_Б R_К1 R_К2 R_К3

VT3

VT2

Вихід

VT1

Вхід R′′_Б R_Е1 R_Е2 R_Е3

+ Е_К

Рис. 3.13. Схема ППС з гальванічним зв’язком

Причинами дрейфу є: нестабільність напруг елементів схеми, температурна і часова нестабільність параметрів транзисторів і резисторів.

Наявність напруги дрейфу на виході підсилювача призводить до недопустимих спотворень підсилювального сигналу. Розрізняють абсолютний дрейф нуля на виході підсилювача і дрейф, приведений до входу підсилювача.

Абсолютний дрейф нуля – максимальна зміна вихідної напруги при короткозамкненому вході на визначений проміжок часу.

П риведений до входу дрейф підсилювача дорівнює відношенню абсолютного дрейфу на коефіцієнт підсилення підсилювача (за напругою):

(3.18)

Величина U_др.вх визначає чуттєвість підсилювача.

Необхідно відмітити, що в підсилювачах постійного струму на транзисторах вимога високої стабільності режиму особливо важко виконувати внаслідок залежності параметрів транзисторів від температури. Тому поряд з такими методами зменшення дрейфу, як стабілізація напруги джерел живлення, застосування глибокого від’ємного зворотного зв’язку та інші, доводиться вирішувати питання схемотехнічні, пов’язані з раціональним вибором елементів і побудовою самих схем підсилення.

Температурний дрейф транзисторів обумовлений головним чином змінами зворотного струму колектора і коефіцієнта підсилення за струмом β. Для зниження цього дрейфу в схемах ППС доцільно застосовувати кремнієві транзистори.

Основними методами підвищення стійкості ППС є:

• застосування балансних (мостових) схем;

• перетворення постійної напруги в змінну і підсилення змінної напруги з наступним випрямленням (підсилення з модуляцією і демодуляцією сигналу).