Низкочастотные сигналы постоянный ток и дифференциальный усилитель

January 21, 2012 by admin Комментировать »

Введение

До сих пор мы рассматривали усилители с разделительными конденсаторами в качестве существенных компонентов, которые пропускают переменные сигналы, но сквозь них не проходят установившиеся постоянные напряжения на входе и на выходе каждого каскада. Это необходимо, чтобы ни один из каскадов не нарушал работу соседних каскадов.

На рис. 8.1 приведен двухкаскадный усилитель с разделительными конденсаторами и указаны постоянные напряжения в режиме покоя. Мы видим, что конденсатор С, изолирует коллектор транзистора Г, (на котором для правильной работы нужно иметь 4,5 В) от базы транзистора Т2, которая всего лишь на 0,6 В положительнее заземленного эмиттера, как это бывает на смещенном в прямом направлении р-л-переходе. Если бы конденсатор С2 был опущен и было осуществлено непосредственное соединение между каскадами, то результат был бы самым плачевным: потенциал коллектора 7J удерживался бы на уровне всего лишь 0,6 В относительно земли, а базовым током Т2 был бы ток, протекающий по коллекторной нагрузке Тх и равный 2 мА, следствием чего стало бы постоянное пребывание Т2 в режиме насыщения. Это была бы неудачная конструкция!

Рис. 8.1. Схема двухкаскадного усилителя с разделительными конденсаторами, на которой указаны типичные значения постоянных напряжений в режиме покоя.

Однако в схеме специального усилителя постоянного тока можно обойтись и без разделительных конденсаторов. Этот принцип используется фактически во всей современной схемотехнике. На это есть две основные причины. Первая из них весьма прозаична: в интегральной микросхеме нельзя изготовить конденсаторы емкостью больше нескольких десятков пикофа- рад. Вторая причина заключается в том, что разделительный конденсатор неизбежно приводит к ослаблению и сдвигу фазы на низких частотах: в конце концов, нет четкого различия между переменными сигналами низкой частоты и медленными изменениями постоянного напряжения, и поэтому невозможно обеспечить изоляцию по постоянному току, не повлияв на прохождение низкочастотных колебаний.

Часто сигналами, которые фактически необходимо усилить, являются постоянные напряжения, например при усилении сигнала термопары или в следящих системах автоматического регулирования, в которых напряжение сигнала может меняться так медленно, что его следует считать постоянным.

Ослабление на низких частотах

На рис. 8.2 показана подача сигнала на резистивную нагрузку через разделительный конденсатор. На высоких частотах реактивное сопротивление конденсатора пренебрежимо мало и может быть таким же, как у отрезка проводника. Однако на низких частотах картина меняется, и в результате происходит как ослабление, так и сдвиг по фазе; поэтому такая цепь называется фильтром частот. Следующие вычисления показывают, к чему сводится действие последовательно включенного конденсатора. Согласно схеме на рис. 8.2, коэффициент передачи

поэтому величина коэффициента передачи равна

Если /</р то в комплексной форме коэффициент передачи имеет вид:

Таким образом, ф = 90°, то есть увых опережает vbx на 90°.

В точке —3 дБ, то есть на частоте/=/р имеем: tg ф = 1, и увых опережает увх на 45°.

Теперь мы можем изобразить амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики этого фильтра верхних частот первого порядка в виде диаграммы Боде (рис. 8.3).

Если петля отрицательной обратной связи включает фильтр верхних частот, то фазовый сдвиг на низких частотах может вызывать неустойчивость точно так же, как сдвиг фаз на высоких частотах, но в данном случае этой проблемы можно избежать. Хотя у всех усилителей коэффициент усиления на высоких частотах неизбежно падает, сопровождаемый соответствующим сдвигом фаз, можно так построить усилитель, чтобы его частот-

Рис. 8.3. Диаграмма Боде (амплитудно- и фазочастотная характеристики) для фильтра верхних частот первого порядка.

ная характеристика оставалась ровной при уменьшении частоты до нуля (до постоянного тока); такая характеристика обычна практически для всех интегральных усилителей. В схемах такого рода полностью отсутствуют ЛС-цепи указанного на рис. 8.2 вида, и такие усилители называются усилителями постоянного тока, хотя обычно с их помощью так же хорошо усиливаются переменные сигналы и лишь, как всегда, имеет место спад на высоких частотах. Термин «по постоянному току» (direct current, d.c.) можно, по существу, интерпретировать как «с непосредственной связью» (direct- coupled), имея в виду отсутствие разделительных конденсаторов.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты