3.4.3. Підсилювачі з транзисторним вихідним каскадом

Якщо від підсилювача необхідно одержати потужніший вихідний сигнал, ніж той, що забезпечується використовуваним операційним підсилювачем, то останній доповнюють транзисторним вихідним каскадом [15, 37] .

В простому випадку це може бути емітерний повторювач, складений з двох транзисторів різних типів провідності, бази яких приєднуються до виходу ОП , емітери - до навантаження, а колектори - до відповідних шин живлення. Для зменшення нелінійних спотворень в такому каскаді можна задати деякий початковий струм через транзистори емітерного повторювача (рис. 3.13).

Рис. 3.13 – Спрощені схеми підсилювачів потужності з підсиленням струму (а) та підсиленням напруги (б)

Тут емітерний повторювач виконаний на транзисторах VT3 і VT4. Транзистори VT1 і VT2 виконують роль джерела струму. Використання світлодіодів VD1 і VD2 для задання напруги на базах транзисторів VT1 і VT2 і діодів VD3 і VD4 для задання напруги на базах транзисторів VT3 і VT4 забезпечується термостабілізація каскаду.

В підсилювачі за схемою рис. 3.13.а для зв’язку ОП з транзисторним вихідним каскадом використовують властивість ОП змінювати струм споживання в залежності від вхідної напруги. Вихідний каскад сучасних ОП працює в режимі АВ або В і тому вихідний струм ОП значно визначає струм, який споживається від відповідного джерела живлення (від додатного джерела при витікаючому вихідному струмі і від від’ємного - при витікаючому). Це дає можливість як вхідний сигнал транзисторного каскаду використати напругу, пропорційну струму споживання ОП.

Саме так і зроблено в підсилювачі за схемоюі рис.3.13,б . Вихідний каскад тут побудовано на транзисторах VT3 і VT4 і живиться від напруги ± 30 В, що забезпечує збільшення вихідної потужності. Транзистори VT1 і VT2 забезпечують для ОП стандартні напруги живлення ± 15 В. Резистори, включені в колекторні кола цих транзисторів, використовуються для отримання напруг, залежних від струмів споживання ОП . Резистор з опором 47 Ом, приєднаний до виходу ОП, забезпечує потрібну залежність цих струмів від вхідного сигналу ОП. Конденсатор, що з’єднує вихід ОП з виходом транзисторного каскаду (4700 пФ), призначений для коректування частотної характеристики підсилювача. Транзистори VT5 і VT6 запобігають виходу з ладу каскаду при короткому замиканні напруги. Збільшення вихідного струму каскаду приводить до збільшення спаду напруги на резисторах опором 1 Ом, приєднаних до емітерів транзисторів VT3 і VT4. Внаслідок цього транзистори VT5 і VT6 відкриваються, що перешкоджає подальшому збільшенню колекторних струмів транзисторів VT3 і VT4.

3.4.4. Підсилювачі струму

Призначені для перетворення вхідних струмів в напругу. Найпростішим способом перетворення струмів в напругу є пропускання цього струму через резистор з відомим опором. Однак, при цьому для збільшення чутливості при вимірюванні дуже малих струмів потрібно значно збільшувати опір резисторів. Це, у свою чергу, призводить, по-перше, до збільшення небажаної зворотної дії вимірювального кола на коло, в якому проводиться вимірювання, по-друге, вимагає підвищення вхідного опору наступних каскадів і, по-третє, збільшує інерційність кола, викликану діями паразитичних ємностей, зокрема ємності з’єднувальної лінії.

П ідсилювач струму на основі ОП дозволяє в значній мірі позбутися перерахованих недоліків. В простому випадку підсилювач струму є інвертувальним підсилювачем (див. рис. 3.5,а) без вхідного резистора. На рис.3.14,а показано схему подібного підсилювача струму. Джерело вхідного

Рис. 3.14 - Схеми підсилювачів струму(а) і заряду (б і в) і граф підсилювача заряду (г)

струму зображується в вигляді кола, який складається з паралельно включених ідеального джерела струму I_вх і внутрішнього опору R_і . Як відомо таке джерело може бути замінене послідовним колом, що складається з джерела напруги

U_вх = I _вх R_і і внутрішнього опору R_і .підставляючи у формулу (3.8) I_вхR_вх на заміну U_вх і R_і на заміну R₁, отримуємо

(3.45)

де к – коефіцієнт підсилення ОП; ß= R₂/(R₂=R_і).

Якщо K ß>>1, то K₁ = - R₂.

Вхідний опір підсилювача струму незначний і може бути знайдений як опір інвертувального підсилювача, зменшений на опір резистора R₁. З формули (3.45) відповідно отримуємо

(3.46)

де r_вх –вхідний опір ОП.

Внаслідок того, що вхідний опір підсилювача струму малий, він зворотно не впливає на коло, в якому вимірюється струм. Окрім цього, нейтралізується вплив ємності з’єднувальної лінії, так як ця ємність включена паралельно до низького вхідного опору підсилювача струму і, тому, зумовлена нею постійна часу дуже мала. Вихідний опір підсилювача струму малий, як і в кожному підсилювачі зі зворотнім зв’язком за напругою.

Якщо до підсилювача струму не ставиться вимога високої швидкодії, то можна рекомендувати включати конденсатор між виходом і І-входом ОП з метою зменшення напруги шумів на виході.

Для збільшення коефіцієнта підсилення підсилювача струму необхідно збільшити опір резистора R₂ . Щоб уникнути надто високих опорів, доцільно використати в підсилювачі струму Т –подібне коло від’ємного зворотного зв’язку. В цьому випадку схема підсилювача струму може бути отримана з схеми рис. 3.11,а шляхом виключення резистора R₁. Коефіцієнт підсилення такого підсилювача струму буде рівним

K₁ = R₂ + R₃ +R₂R₃/R₄