Тема№5. Підсилювачі електричних сигналів

Підсилювачі постійного струму (ППС) призначені для посилення сигналів, що повільно змінюються в часі, тобто сигналів, еквівалентна частота яких наближається до нуля.
Тому ППС повинні мати амплітудно-частотну характеристику. В ППС виникають специфічні труднощі:

пов'язані з відділенням корисного сигналу від постійних складових
напруги й струму, тому що в ППС використовуються тільки безпосередні
міжкаскадні зв'язки;
2) пов'язані із дрейфом нуля появи сигналу на виході підсилювача за
рахунок різних дестабілізуючих факторів при відсутності сигналу на вході.
В ППС відділення постійних складових напруги, як правило,
здійснюється компенсаційним методом. Найпростіший ППС (рис.4,а)
складається зі звичайного підсилювального каскаду на біполярному
транзисторі за схемою з ЗЕ. У цього підсилювального каскаду відсутній конденсатор у ланцюзі емітера, що приводить до зниження коефіцієнта підсилення через виникнення від’ємного ЗЗ, не забезпечується більша смуга пропущення. На відміну від підсилювачів з ємнісним зв'язком у розглянутому ППС навантажувальний резистор включений між коллектором транзистора й середньою точкою дільника R3, R4 , а вхідна напруга прикладена між базою транзистора й середньою точкою дільника R1, R2 .
Потенціали середніх точок дільників такі, що під час відсутності вхідної напруги (Uвх=0) jб j=1 і jк =j2 , внаслідок чого відсутній як струм у вхідному ланцюзі, так і струм у навантажувальному резисторі (iн = 0). При подачі вхідного сигналу з'являється струм у вхідному ланцюзі, змінюються базовий і колекторний струми транзистора, що приводить до зміни напруги на колекторі транзистора й появі струму iн.

Потенційна діаграма підсилювача показує, що під час відсутності вхідного сигналу Uвuх = 0, при Uвх < 0 ,Uвuх > 0,  а при Uвх > 0, Uвuх < 0 (рис.4, б).

Рисунок 4 - Найпростіший ППС (а) - схема, (б) - часові діаграми роботи

Для боротьби із дрейфом нуля приймають цілий ряд мір:
1) стабілізацію напруги джерела електроживлення, стабілізацію температурного режиму й тренування транзисторів;

2) використання диференціальних (балансних) схем ППС; 3) перетворення вхідної постійної напруги в змінну, посилення змінної напруги й зворотне перетворення змінної напруги в постійну на виході підсилювача. Найбільше зстосування побудовані за принципом чотирьохплечевого моста (рис.5), що складається із двох резисторів R2 , R3 і двох транзисторів VT1 і VT2. На одну діагональ моста подана напруга електроживлення Е1, Е2, а на другу – включений навантажувальний резистор Rн . Змінний резистор Rн служить для балансування каскаду (установки нуля). Переміщенням движка
потенціометра домагаються нульового струму в навантажувальному
резисторі Rн під час відсутності вхідного сигналу. Якщо параметри
транзисторів і резисторів R2 , R3 ідентичні, то при зміні напруги Е1, Е2 і
зміна температури навколишнього середовища практично не будуть
викликати струму в навантажувальному резисторі.

Рисунок 5 - Диференціальна схема ППС
У той же час при подачі вхідної напруги на базу транзистора VT1
змінюється його колекторний струм і напруга на його колекторі, що викликає
появи напруги на навантажувальному резисторі Rн .
При ретельному підборі транзисторів дрейф нуля вдається знизити до
1...20мкВ/С, тобто в порівнянні з небалансних ППС він може бути
зменшений в 20... 100 разів.