Что называется усилительным каскадом

10

Как работает усилительный каскад на транзисторе, начинающим

Что такое транзисторный усилительный каскад и как он работает, примеры схем усилительных каскадов на транзисторе. В любой аналоговой электронной технике применяются усилительные каскады на транзисторах, как самостоятельные, так и в составе микросхем. И так, из школьного курса физики, мы знаем что биполярные транзисторы бывают структур P-N-P и N-P-N.

Вдаваться в подробности строения кристалла мы здесь не будем. Лучше разберемся что это нам дает. Так вот, питание биполярного транзистора P-N-P подается плюсом на его эмиттер, а минусом на его коллектор. И некоторое отрицательное, относительно эмиттера, напряжение смещения подается на его базу.

А вот питание биполярного транзистора N-P-N, совсем наоборот, — подается минусом на его эмиттер, а плюсом на его коллектор, и некоторое положительные, относительно эмиттера, напряжение смещение на его базу. Здесь будем рассматривать усилительные каскады на транзисторах структуры N-P-N.

Потому что такие каскады сейчас наиболее распространены, — почти вся современная аппаратура имеет общий минус, а питается положительным напряжением относительно общего минуса. Все что здесь будет сказано в отношении транзистора N-P-N применимо и к транзистору P-N-P, только все напряжения будут в обратной полярности.

Простейшие схемы усилительных каскадов на транзисторах

На рисунках 1 и 2 показаны простейшие схемы резистивных усилительных каскадов на транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Схема с общим эмиттером позволяет усиливать как ток, так и напряжение сигнала.

Рис. 1. Простейшая схема резистивного усилительного каскада на транзисторе с общим эмиттером (ОЭ).

Рис. 2. Еще одна схема резистивного усилительного каскада на транзисторе с общим эмиттером (ОЭ).

Есть два основных способа подачи напряжения смещения на базу транзистора в схеме с ОЭ. В схеме на рисунке 1 напряжение на базу подается через резистор R6, при этом само напряжение на базе зависит от делителя, состоящего из R6 и внутреннего сопротивления база-эмиттер транзистора.

В такой схеме для получения нужного напряжения смещения R6 имеет обычно большое сопротивление. Такой тип смещения называют смещением, фиксированным током базы.

На рисунке 2 напряжение базового смещения создается делителем из резисторов Rб1 и Rб2. В такой схеме сопротивление базовых резисторов может быть значительно меньше.

Это интересно тем, что изменение сопротивления эмиттер-база под действием изменения температуры в меньшей степени влияет на напряжение на базе транзистора. Такой каскад более термостабилен.

Кроме того меньше влияния на рабочую точку транзистора изменений в кристалле транзистора от старения, или при замене неисправного транзистора другим. Такой тип смещения называется фиксированным напряжением база-эмиттер.

Недостаток схемы на рис.2 в том, что входное сопротивление такого каскада значительно ниже, чем в схеме по рис.1. Но это важно, только если нужно большое входное сопротивление.

Разные экземпляры даже однотипных транзисторов могут существенно отличаться своими статическими параметрами, кроме того, есть и зависимость от температуры, поэтому желательно чтобы в усилительном каскаде была стабилизация режима работы транзистора.

Проще всего это сделать введением в каскад отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току, так, чтобы изменения входного тока или напряжения, к которым приводит работа ООС, противодействовали влиянию дестабилизирующих факторов.

Коллекторная стабилизация режима работы транзистора

На рисунке 3 показана схема коллекторной стабилизации режима работы транзистора. Обратите внимание, — каскад очень похож на схему на рис.1, но базовый резистор R6 подключен не к плюсу источника питания (+Uп), а к коллектору транзистора. Теперь получается, что напряжение смещения на базе транзистора зависит от напряжения на его коллекторе.

Которое, в свою очередь, зависит от напряжения на базе. И если по какой-то причине напряжение на коллекторе изменится, то и напряжение на базе изменится таким образом, что необходимая рабочая точка каскада будет восстановлена.

Рис. 3. Схема коллекторной стабилизации режима работы транзистора.

Эмиттерная стабилизация режима работы транзистора

Более высокой стабильности можно достигнуть применив эмиттерную стабилизацию режима работы транзистора (рис.4). Здесь стабильность повышается при увеличении сопротивления Rэ и уменьшении сопротивлений Rб1 и Rб2.

Однако и слишком большим сопротивление Rэ выбирать не следует, потому что при этом напряжение коллектор-эмиттер может оказаться слишком малым.

Не стоит увлекаться и сильным уменьшением сопротивлений R61 и R62, потому что при очень малых их величинах не только увеличивается ток потребления, но и, что гораздо важнее, очень сильно снижается входное сопротивление.

Рис. 4. Эмиттерная стабилизация режима работы транзистора.

Чтобы снизить влияние ООС на переменный ток вводится конденсатор Сэ. Как известно, конденсатор имеет реактивное сопротивление, и постоянный ток через него не проходит, но проходит переменный. В результате переменный ток «обтекает» резистор Rэ через реактивное сопротивление Сэ.

И результирующее сопротивление в цепи эмиттера по переменному току оказывается значительно ниже, чем по постоянному. Поэтому ООС по переменному току значительно меньше, чем по постоянному.

Каскад с общим коллектором

Схема каскада с общим коллектором (рис.5.) обеспечивает усиление входного сигнала только по току.

Такие каскады называются эмиттерными повторителями, потому что по напряжению они не усиливают сигнал, а только повторяют его (было на входе 0,5V, и на выходе тоже будет 0,5V).

Но сила тока на выходе через нагрузку будет больше.

Они применяются тогда, когда нужно получить большое входное сопротивление. Отличие каскада с ОК (общим коллектором) от каскада ОЭ (общим эмиттером) в том, что в схеме с ОК выходной сигнал снимается с эмиттера. При этом сигнал не усиливается по напряжению и не инвертируется.

Рис. 5. Схема каскада с общим коллектором.

В схеме же с ОЭ сигнал инвертируется. Это демонстрируется на рисунках изображениями синусоид у входа и выхода каскадов. В схеме с ОЭ выходная синусоида противофазна входной. В схеме с ОК — они синфазны.

УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ

Усилительным каскадом считается элементарная электронная схема, обеспечивающая усиление полезного сигнала. Сложные усилители обычно содержат несколько усилительных каскадов с разными свойствами. Усиление сигнала в любом каскаде усилителя всегда происходит за счет энергии источника питания и последний является неотъемлемым атрибутом усилителя.

В общем случае, любой усилительный каскад можно рассматривать как четырехполюсник (рис. 2.12), имеющий вход и выход и описываемый рядом параметров, связывающих его входные и выходные токи и напряжения.

Рис. 2.12. Представление усилителя четырехполюсником Основные параметры усилительного каскада: о Коэффициент усиления по напряжению К_и — отношение приращения выходного напряжения схемы dU_eblx к приращению напряжения входного dU_ex:

Если усилитель зависимость выходного напряжения от входного носит линейный характер, то коэффициент усиления по напряжению постоянный и может быть рассчитан по соотношению входного и выходного напряжения:

о Коэффициент усиления по току К, — отношение приращения выходного тока д!_вых к приращению тока входного д!_вх :

У линейного усилителя коэффициент усиления по току можно рассчитывать по упрощенной формуле:

о Входное сопротивление R_ex — отношение приращения входного напряжения к приращению входного тока:

Если зависимость входного тока от входного напряжения линейна, то входное сопротивление можно оценить по упрощенной формуле:

о Выходное сопротивление Я_вых — отношение изменения выходного напряжения dU_eblx к изменению выходного тока при постоянном сигнале на входе усилительного каскада:

Причиной изменения выходного напряжения в этом случае является изменение сопротивления нагрузки.

Выходное сопротивление характеризует нагрузочную способность каскада: чем оно меньше, тем больший ток каскад способен отдавать в нагрузку.

Если зависимость выходного напряжения от выходного тока линейна, выходное сопротивление можно рассчитать по формуле:

выходное напряжение каскада при отсутствии нагрузки (напряжение холостого хода),

*выхкз ‘ выходной ток каскада при коротком замыкании цепи нагрузки.

Усилитель считается усилителем напряжения, если его коэффициент усиления по напряжению больше 1, а коэффициент усиления по току близок к 1. Если коэффициент усиления усилителя по току значителен, а коэффициент усиления по напряжению мал, усилитель считается усилителем тока.

Усилительные каскады.

При решении многих инженерных задач возникает необходимость в усилении электрических сигналов. Для этой цели служат усилители, т.е. устройства, предназначенные для усиления напряжения, тока и мощности. В усилителях обычно используют биполярные и полевые транзисторы и интегральные микросхемы.

Простейшим усилителем является усилительный каскад.

Состав простейшего усилительного каскада:

УЭ – нелинейный управляемый элемент (биполярный или полевой транзистор);

E – источник электрической энергии.

Усиление основано на преобразовании электрической энергии источника постоянной э.д.с. E в энергию выходного сигнала за счет изменения сопротивления УЭ по закону, задаваемому входным сигналом.

Основные параметры усилительного каскада:

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по току

Коэффициент усиления по мощности . Чаще всего

Для многокаскадных усилителей

В зависимости от диапазона усиливаемых частот входных сигналов усилители подразделяют:

УПТ (усилители постоянного тока) — для усиления медленно изменяющихся сигналов;

УНЧ (усилители низкой частоты) — для усиления сигналов в диапазоне звуковых частот (20-20000 Гц);

УВЧ (усилители высокой частоты) — для усиления сигналов в диапазоне частот от десятков килогерц до десятков и сотен мегагерц;

Импульсные/широкополосные — для усиления импульсных сигналов, имеющих спектр частот от десятков герц до сотен мегагерц;

Узкополосные/избирательные — для усиления сигналов в узком диапазоне частот.

По способу включения усилительного элемента разделяют:

В случае применения биполярного транзистора в качестве усилительного элемента:

С общим эмиттером

С общим коллектором

В случае использовании полевого транзистора:

С общим истоком

Усилительный каскад с общим эмиттером.

Усилительный каскад с ОЭ является одним из наиболее распро­страненных усилительных каскадов, в котором эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей.

Схема усилительного каскада с ОЭ для бипо­лярного транзистора структуры п-р-п.

R_кэ – резистор, включенный в коллекторную цепь транзистора VT, с помощью которого создается вы­ходное напряжение U_вх.

R₆, — резистор, включенный в цепь базы, за­дает положение рабочей точки биполярного транзистора, обеспечи­вает требуемую работу транзистора в режиме покоя, т.е. в отсутст­вие входного сигнала.

С₁— конденсатор, служащий для подключения к входу усилительного каскада источника переменного напряжения U_вх и предохраняющий ис­точник переменного напряжения от постоянной составляющей тока базы, таким образом не нарушая режимов работы источника входно­го сигнала.

С₂ — конденсатор на выходе усилителя, обеспечивает выделение из напряжения на коллекторе транзистора VT переменной составляю­щей выходного напряжения U_вых, которое может являться входным напряжением следующего усилительного каскада или же поступать на некоторое нагрузочное устройство сопротивлением R_н.

Для коллекторной цепи усилительного каскада в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать следующее уравнение электрического состояния:

ВАХ коллекторного резистора Rк является линейной, а ВАХ транзистора нелинейна и представляет собой семейство выходных (коллекторных) характеристик эмиттера, включенных по схеме с ОЭ.

Расчет нелинейной цепи, т.е. определение I_к,, и U_к для различных токов базы I_б и сопротивлений резистора R_к , можно провести графически. Для этого на семействе выходных характеристик транзистора необходимо провести прямую из точки E_к на оси абсцисс ВАХ резистора Rк, удовлетворяющую уравнению .

Точки пересечения нагрузочной прямой с линиями выходных характеристик дают графическое решение уравнения для данного R_б и различных I_б.

По этим точкам можно определить ток в коллекторной цепи, напряжения U_кэ и .

Сопротивление резистора R_к выбирают исходя из требований усиления входного сигнала. При этом необходимо учитывать, чтобы нагрузочная прямая проходила левее и ниже допустимых значений U_кmax, I_кmax, P_кmax и обеспечивала достаточно протяженный линейный участок переходной характеристики.

Эквивалентная схема замещения усилительного каскада с ОЭ и его параметры.

Считая , можно записать эти уравнения в виде

Решая совместно эти уравнения, получим

Знак минус означает, что выходное напряжение находится в противофазе с входным. Получим формулу для коэффициента усиления по напряжению ненагруженного усилительного каскада с общим эмиттером :

Так как . Поэтому

Входное сопротивление усилительного каскада с ОЭ на низких частотах:

Выходное сопротивление усилительного каскада с ОЭ определяется выражением

Температурная стабилизация усилительного каскада с ОЭ

Существенным недостатком транзисторов является их зависимость от температуры. С повышением температуры за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике увеличивается коллекторный ток транзистора. Это приводит к изменению выходных характеристик транзистора. При увеличении коллекторного тока наΔI_k , коллекторное напряжение уменьшается на.Это вызывает смещение рабочей точки транзистора, что может вывести ее за пределы линейного участка характеристик транзистора, и нормальная работа усилителя нарушается.

Для уменьшения влияния температуры на работу усилительного каскада с общим выпрямителем, в его эмиттерную цепь включают резистор R_э, шунтированный конденсаторомСэ. В цепь базы для создания начального напряжения включают делитель напряжения.

Увеличение тока эмиттера из-за повышения температуры приводит к возрастанию падения напряжения на сопротивлении R_э, что вызывает снижение напряжения, а это вызывает уменьшение тока базы. Ток эмиттера и коллектора сохраняют положение рабочей точки на линейном участке характеристики.

Влияние изменения тока коллектора в выходной цепи на входное напряжение транзистора называют отрицательной обратной связью по постоянному току. При отсутствии конденсатора работа усилительного каскада изменяется не только по постоянному току, но и по переменной составляющей.

Усилительный каскад с ОК

Коллектор транзистора через источник питания соединен непосредственно с общей точкой усилителя, т.к. падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника незначительно. Можно считать, что входное напряжение подается на базу транзистора относительно коллектора через конденсаторС1, а выходное напряжение равно падению напряжения наR_э, которое снимается с эмиттера относительно коллектора. Резистор задает начальный ток смещения цепи базы транзистора, который определяет положение рабочей точки в режиме покоя. При наличииUвхв цепи появляется переменная составляющая, которая создает падение напряжения наR_э ()

Коэффициент усиления по напряжению усилительного каскада с ОК меньше единицы, поэтому его правильнее называть коэффициентом передачи напряжения.

(т.к.

Так как входное значение K_uблизко к единице, входное сопротивление эмиттерного повторителя много больше входного сопротивленияh₁₁транзистора и достигает нескольких сотен килоом.

Выходное сопротивление эмиттерного повторителя имеет значение порядка десятков ом. Таким образом, эмиттерный повторитель обладает очень большим входным и малым выходным сопротивлением, следовательно, его коэффициент усиления по току может быть очень высоким.

Усилительный каскад на полевом транзисторе

Усилительные каскады на полевых транзисторах обладают большим входным сопротивлением.

В этом каскаде резистор R_c, с по­мощью которого осуществляется усиление, включен в цепь стока. В цепь истока включен резистор R_и,создающий необходимое паде­ние напряжения в режиме покояU₃₀,являющееся напряжением сме­щения между затвором и истоком.

Резистор в цепи затвора R₃обе­спечивает в режиме покоя равенство потенциалов затвора и общей точки усилительного каскада. Следователь­но, потенциал затвора ниже потен­циала истока на величину падения напряжения на резисторе R_и от по­стоянной составляющей токаI_и0.Таким образом, потенциал затвора является отрицательным относитель­но потенциала истока.

Входное напряжение подается на резистор R₃через раздели­тельный конденсатор С.При подаче переменного входного напряже­ния в канале полевого транзистора появляются переменные состав­ляющие тока истокаi_ии тока стокаi_с, причемi_иi_с. За счет паде­ния напряжения на резисторе R_иот переменной составляющей тока i_и,переменная составляющая напряжения между затвором и истоком, усиливаемая полевым транзистором, может быть значи­тельно меньше входного напряжения:

Это явление, называемое отрицательной обратной связью, при­водит к уменьшению коэффициента усиления усилительного кас­када. Для его устранения параллельно резистору R_ивключают конденсатор С_и, сопротивление которого на самой низкой частоте усиливаемого напряжения должно быть во много раз меньше со­противления резистора R_н.При этом условии падение напряжения от тока истокаi_ина цепочке R_и—С_и, называемой звеном автомати­ческого смещения, очень небольшое, так что по переменной состав­ляющей тока исток можно считать соединенным с общей точкой усилительного каскада.

Выходное напряжение снимается через конденсатор связи С_с между стоком и общей точкой каскада, т. е. оно равно переменной составляющей напряжения между стоком и истоком.

Обратные связи в усилителях

Обратной связью в усилителях называют подачу части (или всего) выход­ного сигнала усилителя на его вход.

Обратные связи в усилителях обычно создают специально. Од­нако иногда они возникают самопроизвольно. Самопроизвольные обратные связи называют пара­зитными.

Если при наличии обратной связи входное напряжение u_вх складывается с напряжением об­ратной связи u_ос,в результате чего на усилитель подается уве­личенное напряжение u_1,то такую обратную связь называют поло­жительной.

Если после введения обратной связи напряжения u₁на входе иu_выхна выходе усилителя уменьшаются, что вызывается вычита­нием напряжения обратной связи из входного напряженияu_вх, то такую обратную связь называют отрицательной.

Все обратные связи делятся на обратные связи по напряжению и по току.В обратной связи по напряжениюu_oc=βu_вых, где β — коэффициент передачи четырехполюсника обратной связи. В об­ратной связи по токуu_ос = R_осi_вых, гдеR_ос— взаимное сопротив­ление выходной цепи и цепи обратной связи. Кроме того, все об­ратные связи подразделяют на последовательные, при которых цепи обратной связи включают последовательно с входными цепями уси­лителя, и параллельные, когда цепи обратной связи включают параллельно входным цепям усилителя.

Влияние отрицательной обратной связи на коэффициент усиления.

Для усилителя без обратной связи

Вывод: введение отрицательной обратной связи уменьшает коэффициент усиления усилителя в 1+βК раз.

Введение положительной обратной связи по­вышает коэффициент усиления усилителя. Однако положительная обратная связь в электронных усилителях практически не применяется, так как при этом, как будет показано далее, стабильность коэффициента усиления значительно ухуд­шается.

Несмотря на снижение коэффициента усиления, отрицательную обратную связь в усилителях применяют очень часто. В результате введения отрицательной обратной связи существенно улучшаются свойства усилителя:

а) повышается стабильность коэффициента усиления усилителя при изменениях параметров транзисторов;

б) снижается уровень нелинейных искажений;

в) увеличивается входное и уменьшается выходное сопротивле­ния усилителя, и т. д.

Для оценки стабильности коэффициента усиления усилителя с обратной связью следует определить его относительное изменение:

Вывод: всякое изменение коэффициента усиления ослабляется действием отрицательной обратной связи в 1+βК раз.

Если значение βК много больше единицы, что представляет собой глубокую отрицательную обратную связь, то

В случае положительной обратной связи стабильность коэффициента усиления ухудшается:

Введение последовательной обратной связи по напряжению увеличивает входное сопротивление.

Схема усилителя с параллельной обратной связью:

При глубокой отрицательной обратной связи

Виды паразитных обратных связей:

1) паразитная связь между каскадами через цепи питания;

2) емкостная (электростатическая) связь, обусловленная паразитными емкостями между выходом и входом усилителя;

3) магнитная связь, появляющаяся при близком расположении входных и выходных трансформаторов усилителя.

Усилители постоянного тока

Устройства, предназначенные для усиления сигнала очень низких частот (порядка долей Гц), имеющие амплитудно-частотную характеристику до самых низких частот называются усилителями постоянного тока (УПТ).

Требования к характеристикам УПТ:

в отсутствие входного сигнала должен отсутствовать выходной сигнал;

при изменении знака входного сигнала должен изменять знак и выходной сигнал;

напряжение на нагрузочном устройстве должно быть пропорционально входному напряжению.

Наилучшим образом данным требованиям удовлетворяют УПТ, построенные на дифференциальных балансных каскадах. Они так же обеспечивают эффективную борьбу с так называемым дрейфом нуля УПТ. Построены по принципу четырехплечевого моста.

Уравнение баланса моста:

При изменении Ек баланс не нарушается и в нагрузочном резисторе R_нток равен нулю. С другой стороны, при пропорциональном изменении сопротивлений резисторов R₁, R₂или R₃, R_4,баланс моста тоже не нарушается. Если заменить резисторы R₂, R₃транзисторами, то получим дифференциальную схему, очень часто применяемую в УПТ.

Вдифференциальном усилителе сопротивления резисторов R₂, R₃в коллекторных цепях транзисторов выбирают равными, режимы обоих транзисторов устанавливают одинаковыми. В таких усилителях подбирают пары транзисторов со строго идентичными характеристиками.

На стабильность электрических режимов существенное влияние оказывает сопротивление резистора R₁, который стабилизирует ток транзисторов. Чтобы можно было использовать резистор с большим сопротивлением R_l, увеличивают напряжение источника питания Ек до значения Е₂Е₁, а в интегральных микросхемах часто вместо резистора R₁применяют стабилизатор постоянного тока, который выполняют на 2—4 транзисторах.

Переменный резистор R_пслужит для балансировки каскада (для установки нуля). Это необходимо в связи с тем, что не удается подобрать два абсолютно идентичных транзистора и резисторы с равными сопротивлениямиR₂, R₃. При изменении положения движка потенциометра R_пизменяются сопротивления резисторов, включенных в коллекторные цепи транзисторов, и, следовательно, потенциалы на коллекторах. Перемещением движка потенциометраR_пдобиваются нулевого тока в нагрузочном резисторе R_нв отсутствие входного сигнала.

При изменении э. д. с. источника коллекторного питания Е₁или смещения Е₂изменяются токи обоих транзисторов и потенциалы их коллекторов. Если транзисторы идентичны и сопротивления резисторов R₂, R₃в точности равны, то тока в резисторе R_Hза счет изменения э. д. с. E_l, Е₂не будет. Если транзисторы не совсем идентичны, то появится ток в нагрузочном резисторе, однако он будет значительно меньше, чем в обычном, небалансном УПТ.

Аналогично изменения характеристик транзисторов вследствие изменения температуры окружающей среды практически не будут вызывать тока в нагрузочном резисторе.

В то же время при подаче входного напряжения на базу транзистора Т₁изменятся его коллекторный ток и напряжение на его коллекторе, что вызовет появление напряжения на нагрузочном резисторе R_н.

При тщательном подборе транзисторов и резисторов, при стабилизации напряжений источников питания дрейф удается снизить до 1—20 мкВ/°С или при работе в температурном диапазоне от —50 до +50°С составит 0,1—2 мВ, т. е. в сравнении с небалансным УПТ он может быть уменьшен в 20—100 раз.

По таким же схемам можно выполнять усилители на полевых транзисторах. Аналогичные балансные схемы могут быть построены на основе эмиттерных и истоковых повторителей.

Операционный усилитель – дифференциальный усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе в схемах с отрицательной обратной связью.

ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Схема и условное графическое обозначение интегральной микросхемы К140УД8:

Первый каскад на полевых транзисторах VТ₁VТ₁₁иVT₂,VT₉, с каналом р-типа является симметричным дифференциальным каскадом с нагрузочными транзисторамиVТ₃,VT₁₀. ТранзисторыVТ₄,VТ₅образуют стабилизатор тока в истоковой цепи первого каскада.

Второй каскад — несимметричный дифференциальный каскад на двух эмиттерных повторителях — выполнен на транзисторах VT₇,VТ₁₂. Связь между первым и вторым каскадами непосредственная.

На составном транзистореVТ₁₅, выполнен усилитель напряжения, нагрузкой которого служит полевой транзисторVT₁₇. На выходе микросхем применен бестрансформаторный усилитель мощности на составных транзисторахVТ₂₀,VТ₂₂иVТ₂₃,VТ₂₄.

Микросхема К140УД8 имеет два входа (4— неинвертирующий, 3 — инвертирующий) и один выход (вывод 7), общий вывод 1 и выводы подсоединения питающих напряжений: 8 — для +E₁и5— для —Е₂. Выводы 2и 6используют для балансировки микро­схемы с помощью переменного резистора сопротивлением 10 кОм.

УПТ с преобразованием напряжения

Способ снижения дрейфа основан на двойном преобразовании усиливаемого напряже­ния.

Модулятор предназначен для преобразования медленно изменяю­щегося входного напряжения в переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна входному напряжению, причем при из­менении знака входного напряжения изменяется фаза переменного напряжения.

Uвх преобразуется с частотой от 50 Гц до 20 МГц.

Существует много различных схем модуляторов. Наиболее рас­пространенными из них являются:

модулятор с вибропреобразователем;

модулятор на транзисторах.

Модулятор с вибропреобразователем пред­ставляет собой маломощный электромагнитный контактор, периодически (с частотой тока, питающего катушку электромагнита) подключающий входное напряжение то к верхней, то к нижней (по схеме) половине первичной обмотки трансформатора. При этом ток в первичной обмотке изменяет направление. Во вторичной обмотке трансфор­матора возникает переменное напряжение. Обычно применяется повышающий трансфор­матор с коэффициентом трансформации до 10, поэтому амплитуда напряжения в не­сколько раз больше входного напряжения.

Достоинство вибропреобразователя — не­большой дрейф, который определяется в основном термо-э. д. с. контактной пары и мо­жет быть снижен до 0,01—0,1 мкВ/ч (0,1— 0,5 мкВ/сут). Входное сопротивление равно 1—10 кОм.

Д – демодулятор – предназначен для преобразования переменного напряжения на входе, медленно изменяющегося постоянного напряжения на выходе.

— низкий дрейф нуля;

— плохая АЧХ в области высоких частот.

Модулятор, стоящий на входе усилителя, хорошо преобразует постоянные и медленно изменяющиеся напряжения. При увели­чении частоты входного напряжения работа модулятора ухудша­ется. В то же время на выходе демодулятора применяется сглаживающий фильтр. При частоте сигнала, приближающейся к частоте опорного напряжения u_оп, фильтр не может отделить сигнал от опорного напряжения.

Для расширения диапазона частот применяют высокочастотные преобразователи, которые позволяют повысить частоту f_опдо 0,5— 10 МГц.

Комбинированные усилители сочетают в себе преимущества усилителей без преобразователя напряжения и с ним.

Структурная схема комбинированного УПТ:

Комбинированный усилитель имеет дрейф на уровне УПТ с преобразованием спектра сигнала, а амплитудно-частотную ха­рактеристику не хуже, чем усилитель без преобразования спектра сигнала. Некоторая неравномерность амплитудно-частотной харак­теристики в области средних частот легко выравнивается за счет отрицательной обратной связи. (КД140УД13).

Операционные усилителиявляются основой большого класса усилителей со специальными частотными характеристиками. Это достигается применением различных цепей обратной связи.

В операционных усилителях обратная связь отрицательная, если она подается с выхода усилителя на инвертирующий вход. Действительно, при этом напряжение U_oc, находящееся в фазе сU_вых, будет в противофазе с входным напряжением на инверти­рующем входе. И наоборот, обратная связь является положитель­ной, если она подается на неинвертирующий вход. При последо­вательной обратной связи входной сигналu_вхи сигнал обратной связи подаются на разные входы микросхемы, при параллельной — на один.

что такое каскад в усилителе.

Каскад усиления — ступень усилителя, содержащая один или несколько усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями.
В качестве усилительных элементов обычно используются электронные лампы или транзисторы (биполярные, полевые) , иногда, в некоторых специальных случаях, могут применяться и двухполюсники, например, туннельные диоды (используется свойство отрицательного сопротивления) и др. Полупроводниковые усилительные элементы (а иногда и вакуумные) могут быть не только дискретными (отдельными) но и интегральными (в составе микросхем) , часто в одной микросхеме реализуется полностью законченный усилитель.
В зависимости от способа включения усилительного элемента различаются каскады с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором (эмиттерный повторитель) (у биполярного транзистора) , с общим затвором, общим истоком, общим стоком (истоковый повторитель) (у полевого транзистора) и с общей сеткой, общим катодом, общим анодом (у ламп)
Каскад с общим эмиттером (истоком, катодом) — наиболее распространённый способ включения, позволяет усиливать сигнал по току и напряжению одновременно, сдвигает фазу на 180°, то есть является инвертирующим.
Каскад с общей базой (затвором, сеткой) — усиливает только по напряжению, применяется редко, является наиболее высокочастотным, фазу не сдвигает.
Каскад с общим коллектором (стоком, анодом) — называется также повторителем (эмиттерным, истоковым, катодным) , усиливает ток, оставляя напряжение сигнала равным исходному. Применяется в качестве буферного усилителя. Важными свойствами повторителя являются его высокое входное и низкое выходное сопротивления, фазу не сдвигает.
Каскад с распределенной нагрузкой — каскад, занимающий промежуточное положение между схемой включения с общим эмиттером и общим коллектором. Как вариант каскада с распределенной нагрузкой, выходной каскад усилителя мощности «двухподвес» . Важными свойствами являются задаваемый элементами схемы фиксированный коэффициент усиления по напряжению и низкие нелинейные искажения. Выходной сигнал дифференциальный.
Каскодный усилитель — усилитель, содержащий два активных элемента, первый из которых включен по схеме с общим эмиттером (истоком, катодом) , а второй — по схеме с общей базой (затвором, сеткой) . Каскодный усилитель обладает повышенной стабильностью работы и малой входной ёмкостью. Название усилителя произошло от словосочетания «КАСКад через катОД» (англ. CASCade to cathODE)[1]
Каскады усиления могут быть однотактными и двухтактными.
Однотактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает во входную цепь одного усилительного элемента или одной группы элементов, соединённых параллельно.
Двухтактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает одновременно во входные цепи двух усилительных элементов или двух групп усилительных элементов, соединённых параллельно, со сдвигом по фазе на 180°.

Это единичная и минимальная составная часть усилителя.

В смысле, усилитель может состоять минимум из одного каскада усиления (а транзисторов или других активных элементов может быть более одного — например, в каскодных усилителях ( именно кАскодных, а не каскадных) применяется два транзистора (или электронных лампы) в одном каскаде усиления.).