Усилители постоянного тока
Усилители постоянного тока (УПТ)
Основные проблемы при построении УПТ
УПТ – усилители, позволяющие усиливать сигнал низких и сверхнизких частот, включая постоянный ток, т. е. wн = 0.
Требования к идеальному УПТ:
1. Если Uвх = ± Uвх, то желательно, чтобы Uвых = ± Uвых
2. Если Uвх или iвх = 0, то желательно, чтобы Uвых или iвых = 0
3. Чтобы Uвых было линейно связано с Uвх, т.е. Uвых = к Uвх.
tga = к
Т. к. должен усиливаться сигнал постоянного тока, то усилительные каскады должны быть связаны между собой также по постоянному току, т. е. непосредственно, поэтому в УПТ нет разделительных конденсаторов и индуктивностей.
Рекомендуемые материалы
Параметры транзисторов сильно зависят от t0, зависят от напряжения питания и влияния других факторов в результате основной проблемы при построении УПТ является дрейф выходного напряжения – это произвольное изменение Uвых даже при Uвх = 0.
Дрейф ограничивает снизу возможность усиления слабых сигналов постоянного тока.
Качество УПТ с т. зр. дрейфа характеризуется величиной дрейфа усилителя, приведенного к входу:
едр = Uвыхдр/к; едр ~ 1 ¸100 мкВ (хорошо)
едр ~ 10 ¸1000 мкВ
Для усиления слабых сигналов необходимо, чтобы едр < Uminвх.
Дрейф многокаскадного усилителя
Uвыхдр = едр3*К3 + едр2*К2*К3 + едр1*К1*К2*К3
Пусть
едр1 = едр2 = едр3
К1 = К2 = К3
Тогда
Uвыхдр = едр(К + К2 + К13)
В УПТ наибольшее влияние оказывает дрейф 1-го каскада, т. к. он усиливается всеми каскадами, поэтому в УПТ стараются сделать 1-ый каскад с самым большим усилением и с минимально возможным дрейфом. В результате требования по дрейфу последующих каскадов уменьшены и их можно строить обычным образом.
Рекомендуем посмотреть лекцию "1.2 Эффект Комптона".
Способы уменьшения дрейфа:
1. Термостабилизация усилительного каскада, стабилизация питающих напряжений. (Требует достаточно больших энергетических затрат и используется в специальных целях).
2. Использование усилительных компонентов с улучшенными температурными характеристиками.
3. Использование структуры усилителя с преобразованием. Входной сигнал постоянного тока на входе преобразуется в переменный ток, усиливается обычным усилителем переменного тока и на выходе вновь преобразуется в постоянный ток. (МДМ – модулятор - демодулятор). Такие усилители имеют самый минимальный дрейф.
4. Использование балансных схем включения усилительных элементов, когда усилительные элементы имеют одинаковые характеристики, входной сигнал подается на них балансно (между входами) и снимаются балансно (между выходами). В результате при одинаковом дрейфе в каскадах дрейф вычитается.
ДУ – дифференциальные усилители, на основе которых ОУ – операционные усилители – УПТ с большим К > 103 с непосредственными связями.
