5. Підсилювачі постійного струму

Головна відмінність підсилювачів постійного струму від підсилювачів змінного струму полягає в тому, що нижня границя їх смуги пропускання рівна нулю. Тому підсилювачі постійного струму використовуються для підсилення постійних за рівнем або повільно змінних електричних сигналів – наприклад, в інтегральних операційних підсилювачах.

При побудові багатокаскадних підсилювачів постійного струму ємнісний або трансформаторний зв’язок використовувати не можна. Для з’єднання окремих підсилювальних каскадів застосовується лише гальванічний зв’язок, тому підсилювачі постійного струму називають також підсилювачами з гальванічним зв’язком. При цьому вихід попереднього каскаду омічно зв’язаний із входом наступного. Оскільки в колах зв’язку підсилювачі постійного струму відсутні реактивні елементи, то через такі підсилювача одночасно можуть проходити як корисний сигнал, так і сигнал завади. Корисний сигнал і сигнал завади можуть мати однаковий або близький характер зміни в часі. На виході підсилювача постійного струму такі сигнали додаються і відрізнити їх неможливо, що створює помилкове уявлення про справжній підсилений корисний сигнал.

Самовільні зміни підсиленого сигналу, не зв’язані зі змінами корисного вхідного сигналу, а викликані внутрішніми процесами (змінами напруги джерела живлення, температури та ін.), називаються дрейфом нуля підсилювача постійного струму. Значення дрейфу оцінюють за зміною рівня вихідної напруги дрейфу від мінімального до максимального при незмінному корисному вхідному сигналі: U_др= U_{др max}  U_{др min}. Для якісної оцінки різних підсилювачів постійного струму за значенням дрейфу користуються поняттям дрейфу нуля, приведеного до входу підсилювача: d=U_др/K_u, де K_u – коефіцієнт підсилення по напрузі.

Головними засобами для зниження дрейфу нуля являються: жорстка стабілізація напруг джерел живлення підсилювачів; застосування від’ємних зворотніх зв’язків; використання балансних компенсаційних схем підсилювачів постійного струму; застосування елементів з нелінійною залежністю параметрів від температури; використання підсилювачів постійного струму з проміжним перетворенням частоти та ін.

До найважливіших параметрів підсилювачів постійного струму належать: коефіцієнт підсилення, вхідний та вихідний опори, дрейф нульового (початкового) рівня вихідної напруги, динамічний діапазон та ін.

Розрізняють підсилювачі постійного струму з прямим підсиленням та з модуляцією і демодуляцією сигналу (МДМ-підсилювачі). Підсилювачі постійного струму з прямим підсиленням, своєю чергою, можуть бути однотактними і двотактними. Двотактні підсилювачі постійного струму з прямим підсиленням називають паралельно-балансними або мостовими підсилювачами.

5.1. Однотактні підсилювачі постійного струму з прямим підсиленням

В підсилювачах постійного струму для узгодження двох послідовно увімкнених каскадів може застосовуватися підвищення потенціалу емітера транзистора другого каскаду. Для цього необхідно, щоб R_e2>R_e1. Потенціал колектора транзистора другого каскаду так само повинен бути вищим, ніж в першому каскаді. Це забезпечується при умові, що R_к2<R_к1. Збільшення R_e2 призводить до зростання глибини від’ємного зворотнього зв’язку, тобто до зменшення коефіцієнта підсилення другого каскаду. Зменшення R_к2 також знижує коефіцієнт підсилення цього каскаду. Тому К₂<К₁, що є недоліком підсилювача, схема якого наведена на рис. 13.

Рис. 13. Однотактний підсилювач постійного струму з безпосереднім зв’язком між каскадами

Якщо б джерело вхідного сигналу вмикалося безпосередньо між базою VT₁ та землею, то воно б шунтувало резистор R₂ і змінювало тим самим режим роботи VT₁. Для усунення цього ефекту послідовно з джерелом сигналу вмикається напруга зміщення , створена дільником напругиі рівна потенціалу бази VT₁ відносно землі в режимі спокою: . Однак при такій схемі вмикання джерела вхідного сигналу йогоне можна заземляти.

У режимі спокою потенціал колектора вихідного транзистора . Для того, щоб у цьому режимі через навантаження не протікав струм, потрібно послідовного з опоромR_н вімкнути джерело Е_н=U_К2.СП. Це джерело можна створити за допомогою дільника напруги, подібного до дільника у вхідному колі. При такому способі узгодження навантаження також не можна заземляти.

Розглянута схема має значний дрейф. Особливо велику роль у виникненні дрейфу відіграє перший каскад підсилювача.

Необхідний потенціал бази транзистора VT₂ можна забезпечити й іншим способом – потенціометричним зв’язком між каскадами, який реалізується за допомогою дільника напруги R₃R₄ (рис. 14). Недоліком цієї схеми являється те, що за рахунок дільника R₃R₄ зменшується коефіцієнт підсилення напруги.

Рис. 14. Однотактний підсилювач постійного струму

з потенціометричним зв’язком між каскадами