Усилители постоянного тока

Устройства, предназначенные для усиления сигнала очень низких частот (порядка долей Гц), имеющие амплитудно-частотную характеристику до самых низких частот называются усилителями постоянного тока (УПТ).

Требования к характеристикам УПТ:

 - в отсутствие входного сигнала должен отсутствовать выходной сигнал;

- при изменении знака входного сигнала должен изменять знак и выходной сигнал;

- напряжение на нагрузочном устройстве должно быть пропорционально входному напряжению.

Наилучшим образом данным требованиям удовлетворяют УПТ, построенные на дифференциальных балансных каскадах. Они так же обеспечивают эффективную борьбу с так называемым дрейфом нуля УПТ. Построены по принципу четырехплечевого моста.

Уравнение баланса моста:

При изменении Ек баланс не нарушается и в нагрузочном резисторе Rнток равен нулю. С другой стороны, при пропорциональном изменении сопротивлений резисторов R1, R2или R3, R4,баланс моста тоже не нарушается. Если заменить резисторы R2, R3транзисторами, то получим дифференциальную схему, очень часто применяемую в УПТ.

В дифференциальном усилителе сопротивления резисторов R2, R3в коллекторных цепях транзисторов выбирают равными, режимы обоих транзисторов устанавливают одинаковыми. В таких усилителях подбирают пары транзисторов со строго идентичными характеристиками.

На стабильность электрических режимов существенное влияние оказывает сопротивление резистора R1, который стабилизирует ток транзисторов. Чтобы можно было использовать резистор с большим сопротивлением Rl, увеличивают напряжение источника питания Ек до значения Е2Е1, а в интегральных микросхемах часто вместо резистора R1применяют стабилизатор постоянного тока, который выполняют на 2—4 транзисторах.

Переменный резистор Rп служит для балансировки каскада (для установки нуля). Это необходимо в связи с тем, что не удается подобрать два абсолютно идентичных транзистора и резисторы с равными сопротивлениямиR2, R3. При изменении положения движка потенциометра Rп изменяются сопротивления резисторов, включенных в коллекторные цепи транзисторов, и, следовательно, потенциалы на коллекторах. Перемещением движка потенциометра Rп добиваются нулевого тока в нагрузочном резисторе Rнв отсутствие входного сигнала.

При изменении э. д. с. источника коллекторного питания Е1или смещения Е2изменяются токи обоих транзисторов и потенциалы их коллекторов. Если транзисторы идентичны и сопротивления резисторов R2, R3в точности равны, то тока в резисторе R_H за счет изменения э. д. с. El, Е2не будет. Если транзисторы не совсем идентичны, то появится ток в нагрузочном резисторе, однако он будет значительно меньше, чем в обычном, небалансном УПТ.

Аналогично изменения характеристик транзисторов вследствие изменения температуры окружающей среды практически не будут вызывать тока в нагрузочном резисторе.

В то же время при подаче входного напряжения на базу транзистора Т1изменятся его коллекторный ток и напряжение на его коллекторе, что вызовет появление напряжения на нагрузочном резисторе Rн.

При тщательном подборе транзисторов и резисторов, при стабилизации напряжений источников питания дрейф удается снизить до 1—20 мкВ/°С или при работе в температурном диапазоне от —50 до +50°С составит 0,1—2 мВ, т. е. в сравнении с небалансным УПТ он может быть уменьшен в 20—100 раз.

По таким же схемам можно выполнять усилители на полевых транзисторах. Аналогичные балансные схемы могут быть построены на основе эмиттерных и истоковых повторителей.

Операционные усилители

Операционный усилитель – дифференциальный усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе в схемах с отрицательной обратной связью.

ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.