11. 9. Підсилювачі постійного струму

Загальні відомості. У підсилювачах постійного струму зміна електричних сигналів, які подаються на їх входи можуть проходити як завгодно повільно. В даних підсилювачах відсутні конденсатори і трансформатори, так як через них неможливо передати повільно змінюючі сигнали. Зв`язок джерела сигналу із входом, між каскадами і виходом підсилювача із навантаженням - гальванічна.

Характерною особливістю підсилювачів постійного струму є наявність дрейфу - повільної зміни вихідної напруги при відсутності сигналу. Дрейф обумовлений нестабільністю напруги живлення, залежністю характеристик, параметрів транзистора і других елементів від температури, старінням елементів і іншими факторами. Самовільні зміни напруги на виході неможливо відділити від корисного сигналу.

В икористання підсилювача у вигляді кола з послідовним включенням резистора і транзистора для підсилення повільно-змінюючої напруги пов`язано з рядом трудностей. Використання розділюючих конденсаторів не припускається, і колекторна напруга виявляється вихідною напругою підсилювача. При включенні навантаження між колектором і загальним проводом струм в навантаженні буде проходити у відсутності вхідної напруги. Із-за явищ дрейфу величина колекторної напруги змінюється. Включення джерела вхідної напруги між базою і загальним проводом неможливе, так як порушується режим по п

Рис. 11.17. Схема паралельно-балансного підсилювача

остійному струмі. При введенні додаткових елементів в коло підсилювача деякі небажані явища зникають, але дрейф нуля зберігається. Багато проблем виникає і при створенні багатокаскадних підсилювачів. Всі ці причини змушують використовувати специфічні схеми підсилювачів постійного струму.

Паралельно-балансний підсилювач. Підсилювач містить (рис. 11.17) транзистори VT1, VT2 з майже однаковими характеристиками і параметрами, резистори R_К1, R_K2 з однаковим опором, які утворюють збалансований міст. За допомогою резисторів R1, R2 i R3, R4 встановлюються необхідні напруги баз. Емітери транзисторів об`єднані і з’єднуються з резистором R_Е. Джерело вхідної напруги підключають між базами транзисторів або між базою транзистора і загальним проводом. Можлива подача напруг на два входи. Відзначимо, що потенціали баз транзисторів не рівні нулю і повинні бути створенні додаткові кола, щоб при підключенні джерел вхідних напруг не був порушений режим по постійному струмі.

Навантаження підсилювача підключене до колекторів транзисторів, тобто в діагональ моста. Коло симетричне, R_K1=R_K2=R_K, h_11Е1=h_11Е2=h_11Е, h_21Е1=h_21Е2=h_21Е. Нехай вхідні напруги викликають приріст напруг баз u_Б1=u_вх1 і u_Б2=u_вх2. В результаті змінюються колекторні напруги:

Тоді Вихідна напруга підсилювача пропорційна різниці вхідних напруг. Тому його називають диференціальним.

Коли керуюча напруга подається тільки на один із входів підсилювача, то в цей час змінюється напруга на резисторі R_Е і впливає на емітер другого транзистора. Проходять протилежні за знаком і майже одинакові за величиною зміни колекторних напруг. Вихід підсилювача є симетричним.

У паралельно-балансному підсилювачі зміни напруг живлення і температури має однаковий вплив на струми транзистора і колекторні напруги, напругу між точками К₁ і К₂ збалансованого моста підтримується рівним нулю. Резистор R_Е суттєво ослаблює вплив різних перешкод, включаючи напругу дрейфу, якщо ці перешкоди впливають на два входи підсилювача і співпадають за фазою. Такі напруги викликають одночасні прирости струмів і_Е1 і і_Е2 одного і того ж знаку. Проходить зміна напруги на резисторі R_Е на величину u_e=( i_E1+ i_E2)R_Е. Ця зміна напруги одночасно діє на струми обох транзисторів. Шляхом збільшення опору R_Е зворотній зв'язок можна підсилити. А для того, щоб спад напруги (і_Е1+і_Е2)R_Е сильно не зростав, опір резистора R_Е обмежують значенням в 1-2 кОм. При дії вхідних напруг із взаємним зсувом фаз на кут . Обернений зв'язок набагато слабший, а при повністю відсутній.

Коефіцієнт підсилення і інші параметри диференціального каскаду можуть бути розраховані на основі аналізу його еквівалентної схеми. Розрахунки проводять до наступних результатів:

а) коефіцієнт підсилення по напрузі

б ) вхідний опір без врахування опору дільника напруги на вході

в)вихідний опір при підключенні навантаження до колекторів

r_{вих.під}=2R_к.

П

Рис 11.18. Диференціальний підсилювач із двополюсного джерелом живлення

ідсилювачі постійного струму використовують у пристроях автоматики, вимірювальній апаратурі, експериментальних фізичних установках.

Диференціальний підсилювач з живленням від двополюсного джерела. Щоб спростити подачу вхідних напруг, живлення його здійснюють від двох джерел з напругами Е_ж1 і E_ж2 на затисках (рис. 11.18). Бази можуть бути з'єднані з загальним проводом чи через резистори.

Значне зменшення синфазних перешкод досягається при включенні замість резистора R_E транзистора VT3. Колекторний струм транзистора VT3 дорівнює сумі емітерних струмів диференціального каскаду. Величину струму встановлюють підбором опору резистора R4 у колі бази. Елементи R3, VD1, R5 забезпечують стабілізацію струму, що проходить через транзистор VT3. Транзистор VT3 у сполученні з допоміжними елементами утворить генератор стабільного струму. Він має високий опір змінному струму. Цим опором є диференціальний опір , що досягає десятки і навіть сотні кілоом. При наявності генератора стабільного струму дія синхронних перешкод сильно послаблюється.

Як і в каскаді з одним джерелом живлення, вихід підсилювача симетричний. Навантаження включається між колектором транзистора, з загальним проводом його з’єднювати не можна.