1. ПІДСИЛЮВАЧІПОСТІЙНОГО СТРУМУ
1.1. Загальнівідомості
У пристроях автоматичного управління, регулювання таконтролю часто реєструються величини, зміна яких у часі відбуваєтьсянадзвичайно повільно, тобто їх частота складає всього лише одиниці або навітьчастки герца. Для посилення таких повільно змінюються напруг або струмівнеобхідні підсилювачі, смуга пропускання яких має нижню межу f н = 0. Підсилювачі, що володіють цією властивістю, носять назву підсилювачівпостійного струму ( УПТ ) незалежно від того, яка з величин - струмабо напруга - підлягає посиленню, а також незалежно від значення верхньоїчастоти робочого діапазону частот. При цьому необхідно підкреслити, що зазвичайосновна інформація полягає не у вихідному постійній напрузі, а в йогоподальших змінах, не важливо в яких, повільних або швидких (з частотами до f в ).
Типова АЧХ такихпідсилювачів наведено на малюнку 6.1.
Малюнок 6.1. Амплітудно-частотна характеристика УПТ
Слід звернути увагу на те, що вобласті вищих частот АЧХ не відрізняється відхарактеристики підсилювачів з резистивної-ємнісний зв'язком.
При посиленні слабких електричнихсигналів одного каскаду зазвичай виявляється недостатньо, тому доводитьсязастосовувати, як і у випадку підсилювача змінних сигналів, підсилювач, що складаєтьсяз декількох каскадів. З'єднання каскадів між собою, не представляєскладності в підсилювачах змінної напруги, при посиленні постійного струмуабо напруги пов'язане з подоланням великих труднощів. Це, перш за все,обумовлено тим, що в підсилювачах постійного струму для зв'язку виходупопереднього каскаду з входом наступного не можуть бути застосовані нітрансформатори, ні розділові конденсатори. Тому єдиною схемоюмежкаскадной зв'язку, придатної для підсилювачів постійного струму прямого підсилення,є схема гальванічної зв'язку. Такий зв'язок вносить в підсилювач постійногоструму ряд специфічних особливостей, що ускладнюють як побудова підсилювача, такі його експлуатацію.
Посилення постійних напруг і струмів можна здійснюється двома принципово різними методами:безпосередньо по постійному струму і з попереднім перетвореннямпостійного струму в змінний. ВВідповідно до цього підсилювачі постійного струму діляться на два основнихтипу: підсилювачі прямого підсилення та підсилювачіз перетворенням.
1.2. УПТпрямого посилення
Всісхеми підсилювачів, розглянуті в попередніх розділах, для УПТ негодяться, тому в них зв'язок між каскадами здійснюється через розділовіконденсатори або трансформатори, через які неможливо пропустити ультранізкочастотниеколивання. Для межкаскадной зв'язку тут придатні елементи, опіряких в широкому діапазоні частот від f н = 0 і вище залишаютьсяпрактично незмінними. В якості таких елементів можуть бути використанірезистори, стабілітрони, діоди. Застосовується також безпосереднєприєднання виходу попереднього каскаду до входу наступного. Приклади побудови таких схем наведені на рисунку 6.1(Показано лише два каскади, на елементах яких поставлені необхідні дляаналізу позначення).
Малюнок 6.1. Схема УПТ з безпосередньоюзв'язком і збільшенням напруги на емітер
Як видно з малюнка,високу вихідну постійну напругу попереднього каскаду безпосередньоподається на базу наступного. Це не тільки необхідно враховувати при розрахункунапруги зсуву другого транзистора, але і також може призвести до виходу йогоз ладу. Тому, в схемах УПТ прямого посилення необхідно абозбільшувати напругу на його емітер, або зменшувати напругу на базіподальшого каскаду.
У схемах малюнка 6.1використаний перший підхід: в ланцюг емітера введені додаткові елементи -резистор або стабілітрон. Крім підвищення напруги емітера це призводить доутворення негативного зворотного зв'язку, яка зменшує коефіцієнтпосилення схеми. Наприклад, у перших двох схемах коефіцієнт посилення другогокаскаду
. (6.1)
Позбутися зворотногозв'язку, як це було в емітерний стабілізації за допомогою шунтуючогоконденсатора (див. розділ 3,6), неможливо, тому що нижня частота каскаду f н = 0. Для ослаблення зворотного зв'язку необхідно зменшити величину резистора R е. .На схемі малюнка 6.1, б це зроблено в результаті пропускаючи через нього струм відджерела живлення ( Е до ). У такому випадку, при однаковомунапрузі U е. , опіррезистора, буде менше, ніж упопередній схемі, коли через нього протікав тільки струм емітера I Е2 . На схемі малюнка 6.1, в в ланцюзіемітера використаний стабілітрон. У цьому випадку, величина опору в ланцюзіемітера буде визначатися динамічним опором стабілітрона. Можназамість стабілітрона включати джерело ЄДС .
Зменшення напруги набазі подальшого транзистора здійснюється за допомогою дільника вихідноїнапруги першого каскаду (малюнок 6.2).
Малюнок 6.2. Схема УПТ з безпосередньоюзв'язком і зменшенням напруги на базі
Зменшення напруги,отримується за рахунок використання найпростішого резистивного дільника (рисунок6.2, а) недоцільно. У цьому випадку, у стільки разів зменшується постійненапруга на базі в стільки ж разів зменшується сумарний коефіцієнт підсиленнявсієї схеми. Для того, щоб це не відбувалося, можна в якості верхнього плечадільника напруги включати джерело ЄДС або стабілітрон (рисунок6.2, б), або в нижнє плече - джерело струму (рисунок 6.2, в). Необхідновідзначити, що включення стабілітрона по малюнку 6.1, б переважніше, ніж всхемою малюнка 6.2, б тому струм емітера істотно більше струму бази істабілітрон працює в кращому режимі.
1.3.Напруга зміщення нуля і його дрейф
При розробці підсилювачазазвичай задають початковий (вихідний) рівень вхідного сигналу і діапазон йогозміни в певному частотному діапазоні. Як окремий випадок початковийвхідний сигнал може дорівнювати нулю ( U вх поч = 0). Цьому початкового сигналуповинен відповідати якійсь вихідний сигнал. Окремий випадок вихідногосигналу - U вих = 0при U вх поч = 0, що можна домогтися в результатівикористання декількох джерел живлення, різних схемних рішень,подібних, наприклад, тим, які використані в операційних підсилювачах. Длябільш простих схем вихідне вихідна напруга ( U вих при U вх поч ) зазвичай відрізняється від нуля.Наприклад, в схемах малюнків 6.1 та 6.2 воно буде дорівнює напрузі на колекторідругого транзистора при U вх = U вх поч . У розділі 3.4 показана залежність цієї напругивід розкиду номіналів резисторів і параметрів транзистора доже для одногокаскаду. Звичайно, можна дослідним шляхом визначити величину вихідної напругипри подачі на вхід вихідного початкового сигналу і подальші змінивизначати щодо цього значення. Але при великій кількості екземпляріводнотипних підсилювачів такий підхід буде нераціональним. Зазвичай вказуютьпевну величину вихідної напруги при вихідному рівні вхідного. Їївизначають на основі статистичних вимірювань і розрахунків.
Кожен екземплярпідсилювача може мати індивідуальне вихідна напруга (при U вх поч = 0), відмінне від нормативного.Це відхилення називають напругою зміщення нуля . Пояснення такомунайменуванню слід шукати в операційних ...
