2.3.3 Термостабилизация транзисторного усилителя

В процессе работы транзистор нагревается, его ток восрастает и нормальная работа нарушается. Для уменьшения этого явления применяется ООС.

а)Термостабилизация с помощью последовательной ООС рис.2-11. В этой схеме Uэ-напряжение обратной связи, Uэб=U1-Uэ – управляющее напряжение. При нагревании возрастает Iк , увеличивается Uэ, что приводит к уменьшению Uэб и Iк., коллекторный ток стабилизируется.

б) Термостабилизация с помощью параллельной ООС.

Обратная связь создается с помощью резистора, включенного между базой и эмиттером. С возрастанием коллекторного тока при нагреве транзистора, возрастает падение напряжения на Rк URк=Iк Rк, а потенциал коллектора Uк=Uпит-URк уменьшается, что уменьшает ток базы а, значит и ток коллектора. Поэтому резистор Rб при таком включении создает ООС, стабилизирующую ток тразистора.

2.4 Усилители постоянного тока

2.4.1 УПТ на транзисторах.

Рис.2-14 Несимметричный УПТ

Это усилители, усиливающие сигналы, начиная с частоты f=0. Поэтому в них никогда не применяются конденсаторы. С помощью делителя R1, R2 устанавливается потенциал UВ=UА при Uвх=0, Uвых=UА-UВ=0. УПТ подвержены явлению дрейфа, который состоит в том, что Uвых медленно меняется случайным образом, даже когда Uвх =сonst.

Причины дрейфа:

-нестабильность транзисторов и резисторов при изменении температуры,

-старение элементов,

-нестабильность источников питания.

Для уменьшения дрейфа применяются высокостабильные резисторы, транзисторы с малым дрейфом, стабилизация напряжения питания.

Существуют схемные методы уменьшения дрейфа. Один из них – применение балансных схем усиления.

Рис.2-15 Балансный УПТ

Если транзисторы VT1 и VT2 имеют приблизительно одинаковый дрейф, то с течением времени UА и UВ будут меняться одинаковым образом, а их разность UА-UВ=cоnst, то есть дрейф значительно уменьшается.

При подаче усиливаемого сигнала на VT1, UАВ меняется в противофазе с Uвх. Вход VT2 также можно использовать для подачи сигналов, тогда UАВ меняется в одинаковой фазе с Uвх. Поэтому Uвх2 – прямой вход Uвх1 – инверсный вход.

2.4.2 Операционные усилители

ОУ – усилитель электрических сигналов, изготовленные в виде интегральной микросхемы с непосредственными связями(УПТ)2.4.1 и предназначенные для выполнения различных операций над аналоговыми сигналами при работе в цепях с ООС.

Рис.2-16 Схемное обозначение ОУ

2.4.2.1 Способы включения ОУ

1. Инвертирующий ОУ:

Рис.217 Инверсное включение ОУ

Так как Uа=U2/Kоу очень мало, то вход А называется виртуальный ноль. Рассматриваем идеальный ОУ у которого Rвх=?, Rвых=0, КU,оу=?. I=E/(R1+Rг) (1); I2=-I1 (2); I2=U2/Rос (3); подставим (1) и (3) в (2),тогда получим: U2/Rос=-E/(R1+R2); Кинв=U2/E=-Rос/(R1+Rг) (4)

Если Rг=0, то |Кинв|=Rос/R1

При установке R2=R1 II Rос существенно уменьшается дрейф усилителя.

Rвх,инв=R1 ОУ охвачен параллельной ООС по напряжению, поэтому Rвых.инв.=0.

Усилитель называется инвертирующим,так как выходное напряжение противофазно (инверсно) по отношению к входному.На это указывает и знак минус в формуле (4).

2. Неинвертирующий ОУ:

ОУ охвачен последовательной ООС по напряжению (Рис.2.18). В данной схеме Rг не влияет на усиление.Так как потенциалы на входах очень близки, то Е=UR1=U2R1/(R1+Rос). Поэтому Кне инв=U2/E=(R1+Rос)/R1=1+Rос/R1=1+|Кинв|

Рис.2-18 Неинвертирующий ОУ

Во второй схеме Rос=0, поэтому Kне инв=1 и она является повторителем.

Рассматриваемые усилители называются операционными, потому что они могут выполнять различные операции:

1) Сложение сигналов подаваемых на один и тот же вход.

2) Вычитание сигналов подаваемых на разные входы.

3) Включая в цепь ОС нелинейные элементы (диоды) можно выполнять логарифмирование и потенцирование.

4) Включая в цепь ОС реактивные элементы (С) можно выполнять операции интегрирования и дифференцирования.

2.4.2.2 Регулировка усиления ОУ

Усиление можно регулировать простым изменением R1 и Rос {глава 2.4.2.1}.

Недостатки способа: меняется режим по постоянному току и входное сопротивление, получается нелинейная регулировка при изменении R1.

1).Дискретная установка Кu;

Рис.2-19 Регулировка усиления переключателем

Глубина обратной связи изменяется переключателем в цепи ОС.

2) Плавная установка Кос (рис.2-20)

Рис.2-20 Регулировка усиления потенциометром

2.4.2.3 Избирательные усилители на ОУ

Их АЧХ {глава 2.2.2} имеет вид рис.2-21

Рис.2-21 АЧХ избирательного усилителя

Усилители строятся с использованием частотно-избирательных цепей, например, моста Вина.

Рис 2.22 Мост Вина и его АЧХ

Данная R-C цепь включается в цепь положительной обратной связи ОУ(рис.2-23)

Рис.2-24 Избирательный усилитель на ОУ

Во избежание самовозбуждения, коэффициент усиления усилителя с обратной связью должен быть Кос<3.Для этого нужно очень точно устанавливать сопротивления R1 и Rос.

Избирательный усилитель на основе 2Т – моста

Рис.2-25 2Т мост и его АЧХ