5.3 Методы борьбы с дрейфом

1. Применение отрицательной обратной связи (ООС). С выхода усилителя в отсутствие сигнала напряжение подается на вход сдвинутым по фазе на 180. Коэффициент передачи цепи ОС задается, например, делителем.

Этим способом можно устранить (уменьшить) дрейф всех каскадов кроме первого. Поэтому к первому каскаду предъявляются особые требования по стабильности. Дополнительно следует строить УПТ с четным числом каскадов.

2. Термокомпенсация.

Этот вопрос подробно рассматривается в лабораторном практикуме.

Для примера приведем пример схемы термокомпенсации для двухтактного усилителя мощности.

Т₁ и Д₁, Д₂ – задают смещения на базах Т₂ и Т₃ в пределах 1,2-1,5В (режим АВ). Терморезистор R крепят на радиаторе одного из выходных Т. При нагревании Т греется терморезистор, сопротивление его уменьшается и шунтируются диоды Д₁ и Д₂. В результате Т₂ и Т₃ переходят в режим Б, их ток покоя уменьшается, уменьшается температура и увеличивается сопротивление R - возврат в режим АБ.

Рис.5.8. Двухтактный усилитель мощности с элементом термокомпенсации

Недостаток этой схемы – разная температурная зависимость параметров транзисторов и R. Поэтому чаще используют вместо резистора транзистор.

Рис.5.9. Пример температурной компенсации на транзисторе

Данная схема температурной компенсации применена в усилительно-коммутационном устройстве «Радиотехника-020-стерео». В схеме опущены узлы и элементы не относящиеся к температурной компенсации.

Усилитель мощности представляет собой УПТ. Предоконечный каскад собран на транзисторе Т₄, фазоинверсные каскады на транзисторах Т₉ и Т₁₀ и оконечные каскады на транзисторах Т₁₂-Т₂₅ и Т₁₃-Т₂₆ (Т₂₆ на схеме не показан). В схеме применен двухполярный источник питания, что позволило применить на входе заземленный генератор. Цепочка ООС служит для компенсации постоянной составляющей тока через нагрузку R_Н. Роль термокомпенсирующего элемента выполняет транзистор Т₂₇. Он устанавливается на радиаторе оконечных транзисторов. При повышении температуры радиаторов сопротивление транзистора уменьшается, а так как он включен в коллекторную цепь транзистора Т₄, то уменьшается сопротивление коллекторной цепи Т4. Из характеристик транзистора с нагрузкой известно, что уменьшение R_К ведет к уменьшению I_К и к уменьшению мощности, выделяющейся на оконечных транзисторах и в итоге к уменьшению температуры радиаторов. Сопротивление Т27 увеличивается, базовый ток фазоинверсных каскадов растет и т.д.

В этой схеме применена компенсация дрейфа и с помощью ООС, о которой говорилось раньше.

3. Усилители с модуляцией сигнала.

Применение температурной компенсации не устраняет полностью дрейф нуля. В усилителях существует градиент температуры, приводящий к дрейфу который не всегда возможно учесть при проектировании схем термокомпенсации. Элементы схемы обладают тепловой инертностью, что также затрудняет решение задачи устранения дрейфа.

С другой стороны термокомпенсация не устраняет временного дрейфа из-за случайности процесса.

Еще одной проблемой усилителей постоянного тока являются низкочастотные шумы. Спектр низкочастотных шумов усиливается УПТ и нередко оказывается более существенным, чем температурный дрейф. Выход был найден – преобразование постоянного тока в переменный или в общем случае преобразование частоты. Блок-схема усилителя показана на рисунке.

Рис.5.10. Блок-схема усилителя с преобразованием частоты

Работа заключается в следующем. Входной сигнал U_вх(t) с помощью модулятора М преобразуется в сигнал переменного тока с несущей частотой , которая по законам модуляции должна быть по крайней мере в 5-10 раз больше верхней частоты спектра сигнала. Далее эта частота усиливается усилителем переменного тока (У), а затем преобразуется в сигнал постоянного тока с помощью детектора. На рисунке показан сигнал на выходе асинхронного Д_А и синхронного Д_С детекторов. Остается только отфильтровать высокочастотное заполнение с помощью фильтра низких частот. Н – нагрузка.

Достоинства такой системы следующие. Усилитель переменного тока не имеет собственного дрейфа и не передает его от каскада к каскаду. В связи с тем, что нижняя граничная частота отлична от нуля уменьшается общий уровень шумов на выходе. Недостатком усилителей, которые называют М-ДМ (или МОДЕМ), является высокая частота модуляции (при большом спектре частот входного сигнала) и необходимость в стабильном генераторе.

Рис.5.11. Осциллограммы напряжений усилителя М -ДМ

На выходе усилителя несущей частоты установлены демодуляторы. Это в простейшем случае двухполупериодный детектор Д_А. Во втором случае синхронный детектор Д_С позволяет восстановить фазу входного сигнала.