17. Усилители постоянного тока (упт) на бт: способы устранения дрейфа нуля, согласование уровней постоянного напряжения между каскадами.

УПТ предназначены для усиления медленных электрических сигналов частотой доли герц. В таких усилителях для связи с источником сигнала и нагрузкой обычно используется гальваническая (непосредственная) связь с помощью элементов, обладающих проводимостью по постоянному току, таких как проводники, резисторы, полупроводниковые приборы. Применение ёмкостной связи осложнено тем обстоятельством, что обеспечить значение нижней граничной частоты величиной в тысячные доли герц возможно при использовании разделительных конденсаторов ёмкостью десятки-сотни мФ. Стремление к миниатюризации электронных устройств и реализации их в интегральном исполнении потребовало отказать от использования RC-связей ввиду невозможности реализации в интегральном исполнении конденсаторов большой ёмкости. Однако применение непосредственной межкаскадной связи при реализации УПТ приводит к двум серьёзным проблемам: наличие дрейфа нуля и необходимостью согласования уровней постоянного напряжения в соседних усилительных каскадах.

Проблема согласования уровней постоянного напряжение состоит в том, что в режиме покоя в усилителе на БТ с ОЭ и эмиттерной стабилизацией напряжение на коллекторе транзистора должно быть Uk≈Uип/2, а напряжение на базе ниже: . Таким образом, непосредственное подключение входа следующего каскада к выходу предыдущего без принятия специальных мер невозможно. Самый просто способ согласования – уменьшениеUk или увеличение падения напряжения на резисторе Rэ путём увеличения сопротивления этого резистора приводит к значительному уменьшению коэффициента усиления по напряжению во втором каскаде.

Способы согласования уровней постоянного напряжения:

1. Согласование с помощью резистора. Недостаток: потери сигнала, связанные с делителем напряжения.

2. Использование в качестве элемента связи полупроводникового диода

3. Использование стабилитрона

4. Использование шунта: . 5. Балансная схема

Дрейф нуля – медленное изменение выходного напряжения УПТ, обусловленное нестабильностью источника питания, изменением температуры и старением элементов схемы, при постоянном входном напряжении. Дрейф нуля описывается двумя параметрами: абсолютный дрейф нуля Uвых др – напряжение дрейфа на выходе усилителя и дрейф нуля, приведённый ко входу, U вх др – отношение абсолютного дрейфа к Uвх др=Uвых др/Ku

Это явление приводит к ошибкам в работе оконечных устройств автоматики, т.к. полезный сигнал суммируется с напряжением дрейфа. Данное явление накладывает ограничение на величину чувствительности усилителя, которая для минимизации таких ошибок должна быть во много раз больше приведённого дрейфа

Способы борьбы с дрейфом нуля:

1. Использование термокомпенсирующих и термостабилизирующих схем задания рабочей точки.

2. Использование усилителей с преобразованием сигнала

3. Балансные усилители (дифференциальные)

18. Двухтактный бестрансформаторный оконечный каскад в режиме класса в. Переходные искажения.

Режим класса В – режим работы транзистора, при котором ток через него протекает в течение половины периода. Положение рабочей точки на ВАХ транзистора выбирается так, чтобы ток покоя был равен нулю. В режиме класса В транзистор открыт лишь в течение половины периода входного сигнала. В этом случае выходной ток имеет форму импульса с углом отсечки θ=90°. Углом отсечки называют половину времени периода входного сигнала, в течение которого транзистор открыт и через него протекает ток. Небольшая мощность потребляемая каскадом, позволяет получить высокое КПД усилителя, в пределах 60-70%. В двухтактных каскадах прекращение протекания тока в одном транзисторе (первом плече) компенсируется появлением тока в другом транзисторе (другом плече каскада). Из-за нелинейности начальных участков характеристик транзисторов форма выходного тока (при малых его значениях) существенно отличается от формы тока, если бы имел место линейный характер характеристик. В связи с этим режим класса В характеризируется большими нелинейными искажениями сигнала (Kн<=10%), и этот режим используется преимущественно в мощных двухтактных каскадах усиления, однако в чистом виде его применяют сравнительно редко. Чаще в качестве рабочего режима используют промежуточный режим АВ.

<- искажение типа «ступенька»

Положительный полупериод входного сигнала открывает транзистор VT1 и закрывает VT2. А при действии отрицательной полуволны закрывает VT1 и отрывает VT2.

При действии положительной полуволны заряжается конденсатор C2, а при отрицательной, т.к. VT2 открыт и имеет малое сопротивление конденсатор C2 разряжается через VT2 и Rн ток Iн.

Назначение элементов принципиальной схемы двухтактного каскада.

C1, C2 – разделительные конденсаторы отделяют усилитель от источника сигнала и от нагрузки по постоянному току и обеспечивают связь усилителя с источником сигнала и нагрузкой по переменному току.

C2 включен между эмиттером и нагрузкой, обладает большой ёмкостью и при действии отрицательной полуволны входного напряжения, выполняет роль источника питания для VT2.

При действии положительной полуволны этот конденсатор заряжается от источника питания через открытый VT1 и через нагрузку и при действии отрицательной полуволны он разряжается через открытый VT2 и нагрузку.

Транзисторы VT1 и VT2 образуют комплементарную пару (они имеют противоположную пару (они имеют противоположную структуру, но обладают одинаковыми свойствами параметров)

Резисторы R1, R2 задают напряжение на базах транзистора: Uб1=Uб2≈Uп/2

В идеальном случае VT1 и VT2 имеют одинаковые сопротивления коллектор-эмиттер, а значит Uэ1=Uэ2≈Uп/2 => Uбэ1=Uбэ2≈0

В режиме покоя токи резистора R1 и R2 выбирают из следующего соотношения