Лабораторная работа №3. Усилитель постоянного тока с гальваническими связями

Усилитель постоянного тока с гальваническими связями

1. Двухкаскадный УПТ.

Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления сигналов, медленно меняющихся во времени, спектр которых содержит гармонические составляющие с частотой вплоть до ω=0. Верхний частотный диапазон УПТ определяется свойствами используемых активных элементов. Усилители находят применение при усилении слабых сигналов инфразвуковых частот, получаемых от разнообразных датчиков, например, при измерениях в ядерной физике, в геофизической разведке, в медицине при регистрации биотоков, в астрономии. Однако самое широкое распространение УПТ получили в электронных моделирующих устройствах.

Различают два основных типа УПТ: без преобразования сигнала(усилители прямого усиления) и с преобразованием сигнала. Для второго типа УПТ усиливаемый медленно меняющийся сигнал преобразуется в переменный сигнал большей частоты, усиливается усилителем переменного тока и затем детектируется на выходе усилителя.

Для первого типа усилителей непосредственная связь между каскадами УПТ осуществляется предельно просто. Выход предыдущего каскада через проводник или резистор соединяется со входом последующего каскада (рис.1).

Рис.1. Схема двухкаскадного УПТ.

Расчет двухкаскадного УПТ начинают со второго каскада. Выбрав на ВАХ рабочую точку транзистора VT2, задаются падением напряжения на резисторе : . Причем выбирают верхний предел.

Проведя через рабочую точку и точку на оси абсцисс нагрузочную прямую,

находят . Далее определяют :

, (1)

где - напряжение коллектор-эмиттер покоя,

- ток коллектора покоя второго транзистора.

Далее находим :

, (2)

где -напряжение база-эмиттер покоя второго транзистора.

Это напряжение должно создаваться делителем , т.е.:

(3)

Значит, при непосредственной связи между каскадами возникает проблема согласовать сравнительно большой (по модулю) потенциал на выходе предыдущего каскада с малым потенциалом на входе последующего. Иными словами, в каскадах УПТ происходит повышение постоянного потенциала от его входа к выходу, что создает проблему обеспечения режима питания транзисторов по постоянному току.

Далее задавшись падением напряжения, на , обеспечивающим необходимую температурную нестабильность каскада , можно определить и найти положение рабочей точки транзистора VT1. Рабочий режим VT1 обеспечивается с помощью делителя и .

Коэффициент усиления для одного каскада УПТ можно рассчитать, воспользовавшись эквивалентной схемой приведенной на рис.2.

Рис.2. Эквивалентная схема одного каскада УПТ.

Пренебрегая выходной проводимостью транзистора, т.е. исключая из эквивалентной схемы выходное сопротивление транзистора 1/h₂₂ можно определить коэффициент передачи по току:

K_i =i_н/i_б= -i_к/i_б=-h₂₁. (4)

Следовательно, коэффициент передачи не зависит от сопротивления в цепи эмиттера и равен (–h₂₁). Коэффициент усиления по напряжению равен:

K_u=u_н/u_вх=K_i(R_к/R_вх)=-h₂₁R_к/(h₁₁+(h₂₁+1)R_э). (5)

При(h₂₁+1)R_к>> h₁₁ коэффициент усиления равен отношению резисторов: K_u=-R_к/R_э.

Аналогично находится коэффициент усиления другого каскада и общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления первого и второго каскадов: К_общ=К₁К₂.

Недостатком данного УПТ является наличие большого (по модулю) потенциала на выходе усилителя при отсутствии входного сигнала. Уменьшить выходной потенциал можно с помощью дополнительного источника питания и стабилитрона (рис. 3).

Рис.3. Схема с уменьшением выходного потенциала с помощью дополнительного источника питания и стабилитрона VD.

С помощью на сопротивлении нагрузки можно уменьшить напряжение практически до 0. Однако такой способ согласования весьма неудобен, так как напряжения на коллекторах транзисторов усилительных каскадов могут принимать различные значения и необходимо подбирать источники смещения для каждого отдельного случая. Кроме того, источник не имеет общих точек с шиной "земля" и может явиться "источником" различных, нежелательных наводок. В реальных условиях обычно заменяется стабилитроном VD.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: