7. Усилители постоянного тока
7.1. Особенности построения и анализа
Коэффициент усиления усилителя постоянного тока (УПТ) при f = 0 равен номинальному значению К0. Амплитудно-частотная характеристика УПТ изображена на рис. 7.1. Видно, что в области нижних частот у УПТ отсутствует завал частотной характеристики. В области верхних частот амплитудно-частотная характеристика УПТ и его эквивалентная схема совпадают со схемой резистивного каскада. Уменьшение коэффициента в этой области частот обусловлено теми же причинами, что и в обычном резистивном каскаде.
В усилителях постоянного тока отсутствуют разделительные конденсаторы, конденсаторы в цепи эмиттера и трансформаторы.
При разработке УПТ приходится решать две основные проблемы: согласование потенциалов на входе и выходе схемы и уменьшение нестабильности (дрейфа) выходного напряжения или выходного тока в отсутствии сигнала на входе.
7.2. Согласование потенциалов на входе и выходе
Если при отсутствии источника сигнала на входе УПТ, а также при включении на вход источника сигнала с uвх(t) = 0 напряжение на выходе УПТ остается неизменным, то говорят, что потенциалы на входе согласованы.
Для согласования потенциальных уровней на входе используют два источника питания, а потенциал базы входного транзистора в точке покоя делают равным нулю (рис. 7.2).
Рис. 7.2 — Двухкаскадный
усилитель постоянного тока со схемой
сдвига уровня
Если при подаче на вход УПТ нулевого потенциала относительно общего провода потенциал выхода УПТ относительно общего провода также равен нулю, то говорят, что потенциалы на выходе согласованы.
Согласование потенциалов на выходе УПТ осуществляется обычно с помощью схемы сдвига уровня.
7.3. Дрейф нуля в усилителях постоянного тока
Основными причинами дрейфа нуля являются: температурная нестабильность параметров транзисторов, изменение питающих напряжений, постепенное изменение параметров активных и пассивных элементов вызванное их старением и др.
Дрейф первого каскада усиливается всеми последующими каскадами и составляет основную долю полного дрейфа на выходе усилителя. Поэтому основное внимание уделяют уменьшению дрейфа первых каскадов.
Схемные методы уменьшения дрейфа нуля:
использование мостовых схем;
использование в цепях, определяющих режим работы каскада, источников неизменного тока;
использование УПТ с преобразованием сигнала;
использование УПТ с периодической коррекцией выходного напряжения.
К мостовым схемам относятся последовательно и параллельно балансные каскады, дифференциальные каскады.
Полевые транзисторы обладают значительно меньшей зависимостью параметров от температуры, следовательно, и меньшим дрейфом. Но полевые транзисторы обеспечивают меньшее усиление каскада, чем биполярные. Это приводит к тому, что в дрейфе нуля выходного уровня начинает заметно сказываться составляющая, обусловленная нестабильностью последующего каскада, увеличивая этим полный дрейф.
В усилителе с преобразованием сигнала для борьбы с дрейфом входной низкочастотный сигнал предварительно модулирует сигнал высокой частоты. Модулированный сигнал усиливается усилителем переменного тока, который не обладает дрейфом нуля, затем его демодулируют. По принципу модулятор-демодулятор построена интегральная микросхема К140УД13.