Реферат: Усилитель постоянного тока 2

Для предотвращения перегрузки усилительных элементов при возрастании амплитуды сигнала обычно вводят регулировку усиления в одной из цепей усилителя. В данном УПТ применяем потенциометрическую регулировку в схеме на ОЭ.

Оконечный каскад представляет собой каскад по схеме с ОЭ, необходимый для получения на выходе УПТ заданного коэффициента усиления по напряжению, согласования с нагрузкой, а также для усиления тока.

4. Принцип расчета дифференциального каскада.

Для уменьшения дрейфа в УПТ применяют дифференциальную схему (рис. 2), называе­мую также дифференциальным усилителем (ДУ). ДУ обеспечи­вает высокое усиление дифференциального входного сигнала Uвх.д , приложенного между входами каскада, и практически не усиливает (при большом значении Rэ) синфазный сигнал, оди­наковый на обоих входах. Как известно, в ДУ для подавления синфазного сигнала Uвх.сф используется принцип уравновешенного моста. Резисторы Rк1=Rк2=Rк, и транзисторы Т1, Т2, параметры которых должны быть идентичными, образуют пле­чи моста. В одну диагональ моста включено напряжение питания Ек1+Ек2, с другой диагонали снимается выходное на­пряжение. В случае идеальной симметрии моста одинаковое и одновременное изменение токов и напряжений транзисторов не приводит к появлению выходного напряжения. На этом принципе основаны подавление Uвх.сф, компенсация влияния не­стабильности источника питания или температуры.

рис.2

Для дифференциального сигнала, подаваемого симметрично на вход ДУ (средняя точка генератора Uвх.сф заземлена), ДУ пред­ставляет собой два каскада ОЭ, объединенных общим эмиттерным резистором Rэ. Так как при приложении сигнала между входами токи транзисторов Т1 и Т2 меняются в проти­воположном направлении, через резистор Rэ протекает по­стоянный по значению ток

если

Следовательно, резистор Rэ, не влияет на усиление дифферен­циального сигнала.

Эквивалентная схема половины ДУ для случая усиления Uвх.д изображена на рис. 3. Здесь на вход подается половина усиливаемого сигнала, а с выхода снимается половина выход­ного напряжения. Из эквивалентной схемы можно получить ос­новные расчетные соотношения для ДУ. Коэффициент уси­ления дифференциального входного сигнала

рис.3

(1)

Здесь Rвх.пл - входное сопротивление половины ДУ (плеча схемы), являющееся входным сопротивлением каскада ОЭ, рав­ное:

Rвх.пл = r6 + (rэ + Rэ') (βэ + 1)

Дифференциальное входное со­противление ДУ, измеренное между входами транзисторов T1 и Т2,

Выходное сопротивление одной половины ДУ и дифференциальное выходное сопротивление ДУ, измеренное между коллекторами транзисторов Т1 и T2, Rвых.д = 2Rк. Коэф­фициент усиления по току

При подаче синфазного входного сигнала потенциалы баз и коллекторов транзисторов ДУ меняются одинаково, вслед­ствие чего в идеально сбалансированной схеме напряжение Uвых, снимаемое между коллекторами транзисторов, равно ну­лю. При разбалансе схемы, что всегда имеет место в реальных ДУ, между коллекторами транзисторов (симметричный выход) появляется напряжение, равное:

(2)

где — возможный разбаланс парамет­ров схемы ДУ.

Для уменьшения напряжения необходимо увеличи­вать величину сопротивления резистора Rэ, что достигается включением в общую эмиттерную цепь транзисторов Т1 и Т2 каскада на транзисторе Т3, выходное сопротивление которого рис.3 увеличено за счет введения местной отрицательной обратной связи (ООС) через резистор R3. Коллекторный ток транзи­стора T3 задается делителем в цепи базы с термокомпенсирующим диодом Д. Цепь, включенная в общей эмиттерной цепи транзисторов Т1, Т2, получила название генератора стабильно­го тока (ГСТ). Коэффициент усиления KUд схемы по рис. 4 практически не зависит от способа включения Uвх.д, т. е. КUд один и тот же как при симметричной подаче сигнала (средняя точка Uвх.д за­землена), так и при несимметричной (сигнал подан на один из входов ДУ, а второй вход заземлен). В ДУ с ГСТ сопротивле­ние резистора Rэ, в формулах (2) - (5) должно быть заменено дифференциальным выходным сопротивлением каскада на транзисторе Т3, подсчитанным с учетом местной отрицатель­ной обратной связи, а именно:

(3)

,где

рис. 4

Для перехода от симметричного сигнала к несимметрично­му используется несимметричный выход ДУ. В простейшем ви­де напряжение Uвых при этом снимается с одного из коллекто­ров транзисторов относительно земли.

Легко видеть, что выходное напряжение при несимметрич­ном выходе, вызванное подачей на вход дифференциального сигнала, уменьшается в два раза по сравнению с его значением при симметричном выходе. Недостатком несимметричного вы­хода является большее выходное напряжение , возни­кающее при подаче синфазного сигнала.

Для определения изобразим схему ДУ при подаче синфазного сигнала, как показано на рис. 4. Здесь коллекторы и базы транзисторов Т1, Т2 объединены, поскольку потен­циалы их всегда одинаковы.

Из схемы рис. 4 можно получить выражение для

(4)

откуда