Министерство образования Республики Беларусь УО «Брестский государственный политехнический колледж»

Основы электроники и микроэлектроники

Раздел 4. Основы электронной схемотехники

Тема 4.7. Усилители постоянного тока

г. Брест

4.7 Усилители постоянного тока

4.7.1 Общие сведения. АЧХ и ФЧХ усилителей постоянного тока

В рассмотренных усилителях переменного напряжения связь между отдельными каскадами, а также между первым каскадом и источником сигнала между последним (выходным) каскадом и нагрузкой осуществлялась с помощью RC-цепей или трансформаторов. При такой связи усиливались только переменные составляющиесигналов. С уменьшением частоты усиливаемого сигнала увеличиваются потери и возрастают искажения, вносимые RС-цепями и обмотками трансформаторов. Поэтому при усилении медленно меняющихся напряжений и токов, а также в тех случаях, когда требуется усиливать не только переменные, но и постоянные составляющие сигналов, применяются гальванические связи. Элементами гальванических связей могут быть резисторы, диоды и просто проводники. В последнем случае связь называется непосредственной.

В усилителях с гальваническими связями (УГС) f_н = 0. Такие усилители часто называют усилителями посто­янного тока (УПТ), хотя это название довольно неточно отражает их свойства. Отсутствие разделительных конден­саторов и трансформаторов в УГС исключает наличие фазового сдвига на частоте f_н = 0.

Вид АЧХ и ФЧХ усилителя с гальваническими связями показан на рисунке 7.1, а и б.

В большинстве случаев при использовании УГС тре­буется, чтобы при изменении полярности постоянной составляющей входного сигнала изменялась и полярность постоянной составляющей выходного сигнала. Следова­тельно, амплитудная характеристика УГС должна иметь вид, представленный на рисунке 7.1, в.

УГС находят применение в стабилизаторах напряже­ния и тока, измерительных приборах, устройствах авто­матики, следящих системах, счетно-решающих устрой­ствах вычислительных машин и т. д. В последнее время область использования УГС значительно расширилась и они стали широко применяться в качестве составной части различных усилителей переменного тока (УНЧ, ВУС, широкополосных усилителях и пр.). Это обусловлено тем, что УГС, не содержащие громоздких конденсаторов большой емкости, удобно изготовлять по интегральной технологии, которая обеспечивает получение УГС с очень высокими параметрами.

Рисунок 7.1 – Характеристики усилителей с гальваническими связями:

а – АЧХ; б – ФЧХ; в – амплитудная

По принципу действия и схемному исполнению усилители с гальваническими связями делятся на два основных вида: УГС прямого усиления и УГС с преобразованием.

Простейшие УГС прямого усиления выполняются с непостредственными или потенциометрическими связями между каскадами.

4.7.2 Усилители с непосредственными связями

Принципиальная схема простейшего двухкаскадного УГС на БТ типа р – n – p и непосредственными связями между каскадами приведена на рисунке 7.2, а.Обычно обеспечиваются одинаковые режимы работы транзисторов.

Сопротивление резистора R_э2 должно быть таким, чтобы обеспечить условие

U_КЭ1 + U_Э1 = U_БЭ2 + U_Э2,

откуда

U_Э2 = U_КЭ1 + U_Э1 – U_БЭ2.

Обычно U_КЭ1 >> U_Э1. Тогда при одинаковых режимах работы транзисторов VT1 и VT2 (при этом I_э1 = I_э2 и U_КЭ1 = U_КЭ2) справедливы неравен­ства : U_КЭ2> U_Э1 , Uэ2› Uэ1, R_Э2 > R_Э1 и R_к2 < R_к1.

Рисунок 7.2 – Схемы усилителей с непосредственными связями

Так как резисторы R_Э1 и R_Э2 являются элементами ООС, то для определения коэффициента усиления каждого каскада следует использовать выражение (4.5), в котором в соответствии с (5.15) K_u  SR_к, а β = R_Э/ R_к. Тогда

Данные выражения показывают, что увеличение сопро­тивления резистора R_э и уменьшение сопротивления ре­зистора R_к приводят к уменьшению коэффициента усиле­ния. Поэтому в таком усилителе не удается получить значительного коэффициента усиления за счет увеличения числа каскадов.

Для уменьшения ООС вместо резисторов R_Э1 и R_Э2 можно использовать полупроводниковые стабилитроны, однако это не устраняет причины уменьшения сопротив­ления R_к в каждом последующем каскаде.

Для получения большого коэффициента усиления в многокаскадном усилителе с непосредственной связью иногда используют чередующиеся каскады, выполненные на транзисторах типа р – п – р и п – р – п (рисунок 7.2, б). Такой усилитель называют усилителем с дополнительной симметрией.