Схема с ОС (истоковый повторитель)

В схеме истокового повторителя (рис. 1.31) выходной переменный сигнал снимается с сопротивления R_u, т.е. сопротивление R_u является нагрузкой каскада по постоянному току. Эта схема обладает значительно большим входным сопротивлением, чем схема с ОИ.

В большинстве случаев в области низких частот это не имеет особого значения, так как R_вх достаточно велико и для схем с ОИ. Преимуществом схемы с ОС является то, что она существенно уменьшает входную емкость усилителя. А это делает ИП по отношению к каскаду с ОИ более высокочастотным.

Выходное сопротивление ИП равно:

R_вых = (1/S) || R_u = R_u / (1 + S R_u) при S R_u >> 1, R_вых ≈ 1 / S.

Величина R_вых в схеме с ОС составляет от десятков ом до единиц килоом. Небольшое значение крутизны не позволяет в ИП таких низких выходных сопротивлений как в эмиттерном повторителе.

Таким образом, K_u < 1; чем больше S и R_н~, тем ближе K_u к единице.

Коэффициент передачи по напряжению ИП равно:

K_u = U_н / U_вх = S (r_i || R_н~) / [1 + S (r_i || R_н~)],

так как r_i >> R_н~.

K_u = S·R_н~ / (1 + S R_н~).

УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

2.1. Определение усилителя постоянного тока.
дрейф нуля

Усилителями постоянного тока (УПТ) называются устройства, предназначенные для усиления медленно изменяющихся сигналов вплоть до нулевой частоты. На рис. 2.1 приведена АЧХ усилителя постоянного тока. Отличительной особенностью УПТ является отсутствие разделительных элементов, предназначенных для отделения усилительных каскадов друг от друга, а также от источника сигнала и нагрузки по постоянному току.

Таким образом, для осуществления передачи сигналов частот, близких к нулю, в УПТ используется непосредственная (гальвани­ческая) связь. Непосредственная связь может быть использована и в обычных усилителях переменного тока с целью уменьшения числа элементов, простоты реализации в интегральном исполне­нии, стабильности смещения и т.д. Однако такая связь вносит в усили­тель ряд специфических особенностей, за­трудняющих как его выполнение, так и эк­сплуатацию. Хорошо передавая медленные изменения сигнала, непосредственная связь затрудняет установку нужного режима покоя для каждого каскада и обусловливает нестабильность их работы.

При разработке УПТ приходится решать две основные проблемы: согласование потенциальных уровней в соседних каскадах и уменьшение дрейфа (нестабильности) выходного уровня напряжения или тока.

Применение усилительных каскадов в УПТ ограничивается дрей­фом нуля. Дрейфом нуля называется самопроиз­вольное отклонение напряжения или тока на выходе усилителя от начального значения. Этот эффект наблюдается и при отсутствии сигнала на входе. Поскольку дрейф нуля проявляется таким образом, как будто он вызван входным сигналом УПТ, то его невозможно отличить от истинного сигнала. Существует достаточно много физических причин, обусловлива­ющих наличие дрейфа нуля в УПТ. К ним относятся нестабиль­ности источников питания, температурная и временная нестабиль­ности параметров транзисторов и резисторов, низкочастотные шумы, помехи и наводки. Среди перечисленных причин наиболь­шую нестабильность вносят изменения температуры, вызывающие дрейф. Этот дрейф обусловлен теми же причинами, что и не­стабильность тока коллектора усилителя в режиме покоя: изменениями I_кбо, U_{бэ п} и β. Поскольку температурные изменения этих параметров имеют закономерный характер, то в некоторой степени могут быть скомпенсированы.

Абсолютным дрейфом нуля (ΔU_вых), называется максимальное самопроизвольное отклонение выходного напряжения УПТ при замкнутом входе за определенный промежуток времени. Качество УПТ обычно оценивают по напряжению дрейфа нуля, приведен­ного ко входу усилителя:

е_др = ΔU_вых / K_u.

Приведенный ко входу усилителя дрейф нуля не зависит от коэффициента усиле например, конденсаторами), то этот низкочастотный дрейф не передается из предыдущего каскада в последующий и не усиливается им. Поэтому в таких усилителях дрейф нуля минимален и его обычно не учитывают.

В УПТ для уменьшения дрейфа нуля, прежде всего, следует заботиться о его снижении в первом каскаде. Приведенный ко входу усилителя температурный дрейф снижа­ется при уменьшении номиналов резисторов, включенных в цепи базы и эмиттера. В УПТ резистор R_Э большого номинала может создать глубокую ООС по постоянному току, что повысит стабильность и одновременно уменьшит K_U для рабочих сигналов постоянного тока.

Минимального значения е_др можно достичь за счет снижения величин R_э, R_б и R_к. Следует подчеркнуть, что работа УПТ может быть удовлетво­рительной только при превышении минимальным входным сигна­лом величины e_др. Поэтому основной задачей следует считать всемерное снижение дрейфа нуля усилителя.

С целью снижения дрейфа нуля в УПТ могут быть использова­ны следующие способы:

· применение глубоких ООС;

· использование термокомпенсирующих элементов;

· преобразование постоянного тока в переменный и усиление переменного тока с последующим выпрямлением;

· построение усилителя по балансной схеме и др.