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.

простейшие угс прямого усиления - student2.ru

Рис. 7.2. Схемы усилителей с непосредственными связями

Режим покоя первого каскада рассчитывается по методике, изложенной в § 5.3. Сопротивление резистора Rэ2 должно быть таким, чтобы обеспечивалось условие

простейшие угс прямого усиления - student2.ru ,

откуда

простейшие угс прямого усиления - student2.ru ,

Обычно UКЭ1 » UЭ1поэтому из последнего уравнения следует UЭ2> UЭ1. Согласно данному неравенству, при одинаковых режимах работы транзисторов VT1 и VI2 (при этом IЭ1 = IЭ2и UКЭ1 = UКЭ2)справедливы неравен­ства RЭ2>RЭ1И Rк2<Rк1.

Так как резисторы RЭ1и RЭ2 являются элементами ООС, то для определения коэффициента усиления каждого каскада следует использовать выражение (4.5), в котором в соответствии с (5.15) Ku ≈ SRk, а β= RЭ/RK. Тогда

простейшие угс прямого усиления - student2.ru (7.1)

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

Для уменьшения ООС вместо резисторов RЭ1и RЭ2 можно использовать полупроводниковые стабилитроны, однако это не устраняет причины уменьшения сопротив­ления RKв 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 RЭк RKи, следовательно, с одинако­вым коэффициентом усиления каждого каскада можно при осуществлении потенциометрической связи между ка­скадами (рис. 7.3).

простейшие угс прямого усиления - student2.ru

Рис. 7.3. Схема усилителя с потенцмометрическими свя­зями

Сопротивления резисторов Rд1и Rд2 делителя подбираются таким образом, чтобы выполнялось условие

простейшие угс прямого усиления - student2.ru .

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):

простейшие угс прямого усиления - student2.ru . (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 - Iэ = = 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).

простейшие угс прямого усиления - student2.ru

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 RЭ. Источник входного напряжения ивх включен между управляющими электродами активных элементов, а выходным напряжением ивых 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 ивх = 0мост сбалансирован и ивых = 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 ивх изменения напряже­ний управляющих электродов оказываются одинаковыми по значению и противоположными по полярности (фазе): ивх/2и –ивх/2. Эти напряжения вызывают изменения токов i1 и i2 таким образом, что Δi1 = —Δi2. Напряжение на резисторе RЭпри этом не изменяется, так как

простейшие угс прямого усиления - student2.ru .

Это означает, что для парафазных напряжений резистор RЭ,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»

простейшие угс прямого усиления - student2.ru

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:

простейшие угс прямого усиления - student2.ru ,

откуда

простейшие угс прямого усиления - student2.ru

и

простейшие угс прямого усиления - student2.ru , (7.3)

где

простейшие угс прямого усиления - student2.ru . (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.

Наши рекомендации