Реферат: Усилители постоянного тока 2
Усилителем называют устройство, предназначенное для увеличения параметров электрического сигнала (напряжения, тока, мощности). Усилитель имеет входную цепь, к которой подключается усиливаемый сигнал, и выходную цепь, с которой выходной сигнал снимается и подаётся в нагрузку.
Основными параметрами усилителя являются коэффициент усиления по напряжению KU = Uвых/Uвх, коэффициент усиления по току КI = Iвых/Iвх и коэффициент усиления по мощности KP =Pвых/Pвх = UвыхIвых/UвхIвх = КUKI.[1]
У
силители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления сигналов, медленно изменяющихся во времени, т. е. сигналов, эквивалентная частота которых приближается к нулю. Поэтому УПТ должны обладать амплитудно-частотной характеристикой, в виде изображённой на рис.1.1.
Амплитудно-частотная характеристика усилителя постоянного тока
Рис.1.1.
Связь источника сигнала с входом усилителя и межкаскадные связи не могут быть осуществлены в УПТ посредством конденсаторов и трансформаторов, поскольку это обеспечило бы амплитудно-частотную характеристику, у которой KU = 0 при f = 0.[2]
Для передачи медленно изменяющегося сигнала по тракту усиления необходимы непосредственная (по постоянному току) связь источника входного сигнала с входной цепью усилителя и аналогичная связь между усилительными каскадами. Наличие непосредственной связи обуславливает особенности задания точки покоя транзисторов в УПТ в сравнении с ранее рассмотренными усилителями.
Так, в усилителях с конденсаторной связью режим каждого каскада по постоянному току (режим покоя) определяется только элементами каскада, и параметры этого режима рассчитывают индивидуально для каждого каскада. Конденсаторы, связывающие усилительные каскады по переменному току, отделяют их одновременно по постоянному току. Благодаря этому изменение по какой-либо причине режима по постоянному току одного из усилительных каскадов не влияет на режимы по постоянному току других каскадов и практически не сказывается на величине выходного напряжения усилителя.
В УПТ отсутствуют элементы, предназначенные для отделения усилительных каскадов по постоянному току. В связи с этим выходное напряжение определяется здесь не только усиленным полезным сигналом, но и ложным сигналом, создаваемым за счёт изменения режима по постоянному току. Очевидно, что особенно нежелательны здесь изменения режима по постоянному току в первых каскадах, поскольку эти изменения усиливаются последующими каскадами.
Самопроизвольное изменение выходного напряжения УПТ при неизменном напряжении входного сигнала называется дрейфом усилителя. Причинами дрейфа являются нестабильность напряжений питания схемы, температурная и временная нестабильности параметров транзисторов и резисторов. Напряжение дрейфа выходного напряжения 
Uвых.др обычно определяют при закороченном входе усилителя (eг = 0) по приращению выходного напряжения. Качество усилителя постоянного тока оценивают по напряжению дрейфа, приведенному ко входу усилителя (приведённому дрейфу): eдр = Uвых.др /KU – коэффициент усиления усилителя. Приведённый ко входу дрейф eдр характеризует значение ложного сигнала на входе усилителя с коэффициентом KU, которому соответствует самопроизвольное изменение выходного напряжения Uвых.др. с учётом eдр определяют диапазон возможного изменения входного напряжения eг усилителя, при котором напряжение дрейфа Uвых.др составляет незначительную часть полезного выходного сигнала. В зависимости от требований, предъявляемых к усилителю, минимальное значение eг принимают в десятки и сотни раз больше eдр.[1]
Непосредственная связь каскадов в УПТ обуславливает особенности расчёта их режима покоя (напряжения и токов при eг= 0). Параметры режима покоя каскада рассчитывают с учётом элементов, относящихся к выходной цепи предыдущего каскада и входной цепи последующего каскада. При выборе схемы каскада особое внимание уделяется обеспечению стабильности параметров режима покоя в отношении влияния всех дестабилизирующих факторов и особенно изменения напряжения питания и температуры окружающей среды.[3]
Особенности непосредственной связи каскадов в УПТ рассмотрим на примере трёхкаскадного усилителя (рис.2.1).
В схеме усилителя выводы коллектора и базы транзисторов соседних каскадов соединены непосредственно. В этих условиях резисторы Rэ каждого последующего каскада (осуществляющие внутрикаскадные отрицательные обратные связи по постоянному току) предназначены также для создания необходимого напряжения Uбэп в режиме покоя. Это достигается повышением отрицательного потенциала на эмиттере каждого транзистора от протекания через резистор Rэ эмиттерного тока до величины, меньшей по абсолютному значению потенциала его базы или, что то же, потенциала коллектора транзистора предыдущего каскада. Так, для транзистора T2 второго каскада имеем:
Uбэп2 = Uкп1 – Uэп2 = Uкп1 – Iэп2Rэ2. (1.1)
Во входную цепь усилителя (рис.2.1) последовательно с источником входного сигнала включен источник входного компенсирующего напряженияUкомп.вх. его вводят для того, чтобы при eг = 0 напряжение Uбп1 соответствовало требуемому значению напряжения в режиме покоя и ток через источник был равен нулю. С этой целью компенсирующее напряжение выбирают равным Uбп1.
Нагрузка Rн усилителя включена в диагональ моста, образованного элементами выходной цепи оконечного каскада и резисторами R3, R4. Такой способ подключения нагрузки используют в тех случаях, когда необходимо обеспечить условие Uн = 0 при eг =0. Резисторы R3, R4 в схеме выполняют роль делителя для создания компенсирующего напряжения выходной цепи каскада, равного Uкп3 при eг = 0.
Сопротивление Rэ1, рассчитываемое по режиму температурной стабилизации первого каскада, имеет величину от нескольких сотен Ом до 1-3 кОм. Сопротивления Rэ последующих каскадов используют не только для температурной стабилизации, но также для обеспечения требуемых значений Uбэп в режиме покоя. При связи базы транзистора последующего каскада с коллектором транзистора предыдущего каскада (рис.2.1) напряжение на эмиттере, так же как и напряжение на коллекторе каждого последующего каскада, увеличивается (по абсолютной величине в случае транзисторов типа p-n-p).
Простейшая схема. многокаскадного УПТ.
- ЕК
R3
RК3
RК2
RК1
R1
RН