22. .Усилители постоянного тока.

Усилителями постоянного тока (УНТ) называют усилители, коэффициент усиления которых не уменьшается при снижении частоты вплоть до нуля. Такие усилители производят усиление не только перемен­ной, по и постоянной составляющей сигнала.

УПТ широко используют в электронных вычисли­тельных устройствах, в системах автоматического регулирования, в радиоизмерительных устройствах (электронные вольтметры, высокочувствительные гальванометры, осциллографы), в стабилизаторах, а также во многих промышленных установках, По принципу действия УПТ подразделяют на два основ­ных типа: прямого усиления и с преобразованием сигнала. -

Электрические сигналы, воздействующие на вход усилителя постоянного тока, во многих случаях малы по величине. Так, с помощью УПТ приходится усиливать напряжения порядка долей милливольта, а токи — порядка 10^-15 — 10^-16 А. Для усиления таких слабых электрических сигналов одного каскада обыч­но оказывается недостаточно, поэтому приходится применять многокаскадный усилитель.

Очевидно, при построении многокаскадных УПТ емкостная или трансформаторная связь не может быть использована, так как ни конденсаторы, ни трансформаторы не пропускают постоянный ток. Поэтому для соединения отдельных каскадов приме­няют только гальваническую (непосредственную) связь. При этом базу транзистора каждого после­дующего каскада непосредственно соединяют с коллектором предыдущего.

Это требование приводит к возникновению опре­деленных трудностей, связанных с необходимостью согласования режимов соседних каскадов по постоян­ному току. Такие трудности не возникают в усилителях переменного тока, где разделительные конденса­торы изолируют каскады по постоянному току.

Согласование режимов соседних каскадов УПТ по постоянному току может быть осуществлено двумя способами.

При первом способе дополнительный источник постоянного напряжения включают в цепь межкаскадной связи (рис. 5.37, а). В этом случае на­пряжение смещения Е₂ определяется как разность постоянного напряжения Ь\ на выходе предыдущего каскада и напряжения Е дополнительного источника:

Е₂ = Е₁ — \Е\. Изменяя напряжение Е, всегда можно подобрать оптимальное для транзистора второго каскада напряжение смещения.

При втором способе дополнительный источник постоянного напряжения включают в цепь эмиттера (или в цепь истока).

При полярности напряжения Е, указанной на рис. 5.37, б, напряжение смещения Е₂ снова будет разностью постоянных напряжений Е₁ и Е и также может иметь нужную величину.

С конструктивной точки зрения первый способ схемного решения менее удачен, особенно в случае применения многокаскадных УПТ. УПТ будет очень громоздким, так как необходимы дополнительные источники питания, число которых только на один меньше числа каскадов.

Второй способ схемного решения значительно лучше, гак как роль дополнительного источника постоянного напряжения может играть, например, резистор R в цепи эмиттера, через который проходит постоянный ток. Величину постоянного тока I_ подбирают такой, чтобы выполнялось условие RI_ = Е. Вариант схемы двухкаскадного транзистор­ного УПТ приведен на рис. 5.38.

Делитель Rl, R2 обеспечивает смещение на базу транзистора VTI. При данной полярности источника питания Е_к на коллекторе транзистора устанавлива­ется соответствующий начальному режиму относи­тельно высокий отрицательный потенциал, который прикладывается к базе транзистора У'1'2. Уровень этого потенциала обычно значительно превышает требуемое напряжение смещения па базу транзистора VT2. Полому, если его не скомпенсирован., то токи hi ^H hi возрастут настолько, что транзистор VT2 может оказаться в режиме насыщения. Компенсация коллекторного напряжения £/_к1 в приведенной схеме осуществляется напряжением на резисторе К_э2, на­правленным встречно и задаваемым такой величины, чтобы

где U₆₂ — напряжение смещения на базу транзистора VT2, обеспечивающее необходимый базовый ток. В свою очередь ток /₆₂ обеспечивает начальный режим работы второго каскада.

Принципиальная трудность, возникающая при конструировании УПТ, заключается в том, что такие усилители обладают большой нестабильностью. Даже очень медленные изменения напряжения источ­ников питания, а также параметров транзисторов и деталей схемы вследствие их старения, колеба­ний окружающей температуры вызывают медленные изменения токов, которые через цепи гальванической связи передаются на выход усилителя и приводят к изменениям выходного напряжения.