ПРОСТЕЙШИЕ УГС ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ

Простейшие УГС прямого усиления выполняются с непосредственными или потснциометричсскими связями между каскадами.

Усилители с непосредственнымисвязями. Принципиальная схема простейшего двухкаскадного УГС на БТ типа р — п — р и непосредственными связями между каскадами приведена на рис. 7.2, а.

Рис. 7.2. Схемы усилителей с непосредственными связями

Режим покоя первого каскада рассчитывается по методике, изложенной в § 5.3. Сопротивление резистора R_э₂ должно быть таким, чтобы обеспечивалось условие

откуда

Обычно U_КЭ1 » U_Э1поэтому из последнего уравнения следует U_Э2> U_Э1. Согласно данному неравенству, при одинаковых режимах работы транзисторов VT1 и VI2 (при этом I_Э1 = I_Э2и U_КЭ1 = U_КЭ2)справедливы неравенства R_Э2>R_Э1И R_к2<R_к1.

Так как резисторы R_Э1и R_Э2 являются элементами ООС, то для определения коэффициента усиления каждого каскада следует использовать выражение (4.5), в котором в соответствии с (5.15) K_u ≈ SR_k_, а β= R_Э/R_K. Тогда

(7.1)

Данные выражения показывают, что увеличение сопротивления резистора R_Эи уменьшение сопротивления резистора R_Kприводят к уменьшению коэффициента усиления. Поэтому в таком усилителе не удается получить значительного коэффициента усиления за счет увеличения числа каскадов.

Для уменьшения ООС вместо резисторов R_Э1и R_Э2 можно использовать полупроводниковые стабилитроны, однако это не устраняет причины уменьшения сопротивления R_Kв каждом последующем каскаде.

Для получения большого коэффициента усиления в многокаскадном усилителе с непосредственной связью иногда используют чередующиеся каскады, выполненные на транзисторах типа р — п — р и п — р — п (рис. 7.2, б). Такой усилитель называют усилителем с дополнительной симметрией.

Усилители с потенциометрическими связями.Получить одинаковые режимы работы в многокаскадном транзисторном УГС с одинаковыми значениями сопротивлений резисторов R_Эк R_Kи, следовательно, с одинаковым коэффициентом усиления каждого каскада можно при осуществлении потенциометрической связи между каскадами (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Схема усилителя с потенцмометрическими связями

Сопротивления резисторов R_д1и R_д2 делителя подбираются таким образом, чтобы выполнялось условие

Если нагрузку подключить между коллектором VT2 и движком переменного резистора R, то амплитудная характеристика усилителя будет соответствовать виду, показанному на рис. 7.1, в.

Дрейф нуля в УГС.Недостатком рассмотренных УГС является то, что изменение режима одного из каскадов под действим различных дестабилизирующих факторов вызывает изменение тока или напряжения выходного каскада. Это явление называется дрейфом нуля. Наибольшее влияние на дрейф нуля в УГС оказывает первый каскад, так как изменение тока или напряжения на его выходе усиливается последующими каскадами.

Основные причины, вызывающие дрейф нуля УГС:

· изменение температуры окружающей среды;

· изменение давления и влажности окружающей среды;

· изменение напряжений источников питания;

· старение активных и пассивных элементов усилителя;

· шумы, создаваемые активными и пассивными элементами.

Количественно дрейф нуля оценивается дрейфом, приведенным ко входу (приведенным дрейфом):

. (7.2)

Величина приведенного дрейфа ограничивает минимально различимый входной сигнал. Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что для одиночных каскадов с ОЭ приведенный ко входу дрейф нуля по напряжению примерно равен 2...8 мВ/град для кремниевых БТ и 20...30 мВ/град — для германиевых БТ. Приведенный дрейф по току в таких каскадах при токе - I_э= = 1 мА может превышать 10 мкА/град.

Приведенный дрейф нуля в одиночных каскадах на ПТ меньше, чем в каскадах на БТ, и составляет 3... 4 мВ/град.

Уменьшение дрейфа нуля в УГС достигается следующими мерами: стабилизацией напряжений источников питания; термостатированием усилителей; применением кремниевых транзисторов, имеющих меньшую температурную зависимость коллекторного тока из-за меньшего значения обратного тока по сравнению с германиевыми транзисторами; применением термокомпенсирующих элементов; охватом усилителя местными и общими петлями ООС по постоянному току; использованием балансных (мостовых) схем.

БАЛАНСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Существуют усилители последовательного и параллельного баланса. В транзисторных и интегральных усилителях широкое распространение получили усилители параллельного баланса (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Схемы усилителей параллельного баланса с симметричными входами и выходами на биполярных (а) к полевых (б) транзисторах

Активные элементы VT1 и VT2 образуют два плеча моста. Еще два плеча образованы резисторами R1 и R2. Эмиттирующие электроды активных элементов имеют общий резистор R_Э. Источник входного напряжения и_вхвключен между управляющими электродами активных элементов, а выходным напряжением и_вых является напряжение между выходными электродами. Таким образом, данный УГС имеет симметричные вход и выход.

Если элементы симметричных плеч одинаковы, т. е. R1 = R2, и параметры активных элементов VT1 и VT2 одинаковы, то при и_вх = 0мост сбалансирован и и_вых = 0. Изменение напряжения питания, температуры окружающей среды и других факторов в симметричной мостовой схеме приводит к одинаковому изменению токов i₁ и i₂. В результате напряжения выходных электродов (коллекторов или стоков) изменяются одинаково, и разность напряжений между ними по-прежнему остается равной нулю.

Под действием напряжения и_вх изменения напряжений управляющих электродов оказываются одинаковыми по значению и противоположными по полярности (фазе): и_вх/2и –и_вх/2. Эти напряжения вызывают изменения токов i₁ и i₂таким образом, что Δi₁ = —Δi₂. Напряжение на резисторе R_Эпри этом не изменяется, так как

Это означает, что для парафазных напряжений резистор R_Э,не является резистором ООС, и транзисторы VT1 и VT2 совместно с резисторами R1 и R2 образуют однокаскадныс усилители без ООС. Коэффициент усиления можно определить, используя эквивалентные схемы отдельных каскадов, представленные на рис. 7.5. Знаки «минус»

Рис. 7.5. Эквивалентные схемы левого (а) и правого (б) плеч усилителя параллельного баланса

перед обозначениями генераторов тока отображают инвертирующие свойства каждого каскада.

В соответствии с этими схемами имеем:

откуда

, (7.3)

где

. (7.4)

Сравнение выражений (7.3) и (5.15) показывает, что усилитель параллельного баланса имеет такой же коэффициент усиления, что и усилительный каскад без ООС.

⇐ Назад

Далее ⇒