Усилители постоянного тока

Усилитель постоянного тока (УПТ) – усилитель, способный усиливать не только постоянные токи и напряжения, но и медленно изменяющиеся электрические сигналы (до определённой верхней частоты).

При уменьшении частоты усиливаемого сигнала коэффициент усиления УПТ, в отличие от того, что наблюдается в усилителе переменного тока, остается постоянным (рис. 4). При этом низшая граничная частота f_н равна нулю, а верхняя граничная частота f_в , как и в усилителе переменного тока, выбирается в зависимости от назначения УПТ.

По принципу действия и схемному выполнению усилители постоянного тока делятся на два основных вида:

1) УПТ прямого усиления (с непосредственной связью);

2) УПТ с преобразованием.

В УПТ прямого усиления нет элементов связи, создающих спад коэффициента усиления на низких частотах, в частности, разделительных конденсаторов и трансформаторов.

УПТ с преобразованием строятся по структурной схеме, состоящей из модулятора М, усилителя переменного тока У и демодулятора ДМ (рис. 5). Модулятор и демодулятор работают синхронно и синфазно, причем модулятор преобразует медленно изменяющийся входной сигнал в высокочастотные колебания, амплитуда которых равна (или пропорциональна) значениям входного сигнала (выполняется амплитудная модуляция), а демодулятор осуществляет обратное преобразование. Недостаток УПТ с преобразованием состоит в том, что их верхняя граничная частота ограничена значением, которое примерно на порядок меньше частоты переключений модулятора и демодулятора, задаваемой генератором опорной частоты Г. В них имеется дрейф модулятора и демодулятора, который обычно незначителен.

УПТ широко применяются в различной радиоэлектронной аппаратуре. Наиболее широкое применение находят УПТ прямого усиления. Последние три десятилетия область использования УПТ значительно расширилась, так как они оказались очень удобными в качестве составной части даже многих видов усилителей переменного тока (звуковых и видеочастот, широкополосных усилителей многоканальной связи и пр.). Это объясняется тем, что такие усилители не содержат сравнительно громоздких разделительных и других конденсаторов большой ёмкости, которые не могут быть изготовлены по технологии полупроводниковых интегральных схем.

Основным недостатком УПТ является нестабильность нулевого положения выходного тока (напряжения), называемая дрейфом нуля, сокращенно дрейфом. Дрейфом называются сравнительно медленные случайные изменения выходного тока или напряжения, вызванные температурной нестабильностью токов транзисторов, низкочастотными шумами элементов схем, старением элементов, нестабильностью напряжений питания усилителей.

Дрейф нуля, представляющий собой разновидность внутренней помехи, затрудняет или делает невозможным получение высокой чувствительности усилителя (т.е. способности усиливать малые сигналы). В полупроводниковых усилителях обычно наиболее сильно выражен температурный дрейф.

Из-за отсутствия разделительных конденсаторов и трансформаторов в УПТ прямого усиления дрейф какого-либо каскада усиливается во всех последующих каскадах. Поэтому в выходном сигнале будет в наибольшей степени выражен дрейф первого каскада, подавлению которого и уделяется наибольшее внимание.

Другой специфической проблемой, решаемой в УПТ, в отличие от усилителей переменного тока, является необходимость согласования потенциальных уровней выходного зажима одного каскада и входного зажима следующего. В усилителях переменного тока разделительные конденсаторы и трансформаторы не пропускают постоянную составляющую тока и напряжения с предыдущего каскада на вход следующего, а в УПТ прямого усиления она проходит и может существенно изменить нежелательным образом режим по постоянному току следующего каскада. Например, может произойти насыщение транзистора в этом каскаде. Обычно потенциал выхода каскада оказывается больше, чем требуется для нормальной работы следующего каскада, и необходимо его снижать.