4.4. Усилители постоянного тока

В электронных устройствах автоматики требуются усиливать сигналы очень низких частот – десятые доли герца, герцы, поэтому здесь используется непосредственные связь или резистивная, так как конденсаторы и трансформаторы на постоянном токе не работают. Вид АЧХ данного усилителя на рис. 43. На рис 44, а, приведена схема такого усилителя, а на рис. 44,б приведены эпюры поясняющие действие усилителя: небольшое входное напряжение усиливается на выходе, причем знаки изменений меняются.

А u

Е

φ₂

φ₁ φ₂ φ₁ u_вх

ω u_вых

Рис. 43 t

а б

Рис. 44

Усилитель постоянного тока должен отвечать ряду условий:

1. в отсутствии входного сигнала должен отсутствовать выходной;

2. при изменении знака входного сигнала должен меняться знак выходного;

3. напряжение на нагрузочном устройстве должно быть пропорционально входному напряжению.

Второе и третье требование выполняются, если усиление происходит в режиме А. Для выполнения первого условия необходимо отделить полезный входной сигнал от постоянных составляющих тока и напряжения, так как связь непосредственная. Это производится компенсационным методом. В качестве компенсационных элементов используются стабилитроны, комплементарные пары транзисторов (с одинаковыми характеристиками, но разной проводимости), или два источника питания, второй на выходе рис.45,а. Эпюры напряжений рис. 45,б

+ Е=20В Источники подбирают таким образом, что на вы ходе в отсутствии сигнала напряжение равно нулю +20

u_вых

u_вх 0

u_вых u_вх

–Е=15В – 15

a б

Рис.45

Дрейф нуля – это одна из особенностей работы УПТ. Если выход усилителя замкнуть на милливольтметр то со временем или при воздействии температуры можно на выходе зафиксировать появление напряжения. Это напряжение, деленное на коэффициент усиления усилителя, называется дрейфом нуля, приведенного к входу усилителя.

Для борьбы с дрейфом нуля принимаются такие меры: 1) стабилизацию напряжения источников питания, стабилизацию температурного режима транзисторов тренировкой; 2) использование балансных (дифференциальных) схем; 3) преобразование усиливаемого напряжения.

При стабилизации источников 0,01%, температурной стабилизации до1% удается снизить ток дрейфа до 5-20 мВ в диапазоне температур -50 + 50 градусов.

О второй мере. Хорошо известно, что мостовая (рис. 46) схема уравновешена (по сопротивлению R₀ ток не протекает, так как потенциалы точек а и б одинаковы), если R₁R₃ = R₂R₄ и этот баланс не зависит от температуры, стабильности источников питания. Этот принцип реализуется в симметричном дифференциальном каскаде (рис. 47)

+Е

R_p

R₁ R₂ R₁ R₂

R₀ 1 T2

а б R_н u_вх2

R₃ R₄ u_вх1

–Е

R_б

Рис. 46 Рис. 47

Аналогия этих двух цепей возникает, если R₀ соответствует R_н, а сопротивление транзистора Т1 соответствует R₃, а Т2 – R₄. Сопротивления резисторов R₁ , R₂ в коллекторных цепях транзисторов выбирают равными, режимы обоих транзисторов устанавливают одинаковыми, подстраивая R_p. У транзисторов должны быть строго идентичные характеристики.

Третий способ снижения дрейфа нуля основан на двойном преобразовании. Структурная схема приведена на рис. 48, с поясняющими эпюрами напряжений.

u_вх u_м u_пу u_вых

М ПУ Д u_вх u_ос u₁ У u_вых

u_вх u_м u_пу u_вых

ОС

t t t n

Рис. 48 Рис. 49

В модуляторе (М) медленно изменяющееся напряжение переходит в переменное напряжение частотой от 50Гц до 20 МГц (u_м). Затем данное напряжение усиливается обычным полосовым усилителем (ПУ), а затем демодулируется (Д), то есть из него выделяется огибающая.