УПТ прямого усиления

УПТ прямого усиления, по сути, являются обычными многокаскадными усилителями с непосредственной связью. В качестве УПТ может использоваться усилитель, схема которого приведена на рис. 9.3.

В этом усилителе резисторы R_э1, R_э2 и R_э3, помимо создания местных и общих цепей ООС, обеспечивают необходимое напряжение смещения в своих каскадах. В многокаскадном УПТ можно обеспечить требуемый режим транзисторов по постоянному току путем последовательного повышения потенциалов эмиттеров от входа к выходу, что обусловлено непосредственной межкаскадной связью "коллектор-эмиттер", потенциалы коллекторов тоже возрастают от входа к выходу. Возможно обеспечение режима каскадов УПТ путем уменьшения R_к от входа к выходу, однако в том и другом случае следствием будет уменьшение коэффициента усиления УПТ.

В многокаскадных УПТ прямого усиления может происходить частичная компенсация дрейфа нуля. Так, положительное приращение тока коллектора первого транзистора вызовет отрицательное приращение тока базы и, следовательно, тока коллектора второго транзистора. На практике полная компенсация дрейфа нуля не достижима даже для одной температурной точки, тем не менее, в УПТ с четным числом каскадов наблюдается его снижение.

В связи с тем, что данный УПТ имеет однополярное питание, на его входе и выходе присутствует некоторый постоянный потенциал, что не позволяет подключать низкоомные источник сигнала и нагрузку непосредственно между ними и общим проводом. В этом случае используется мостовая схема с включением R_г и R_н в диагонали входного и выходного мостов (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Мостовая схема включения источника сигнала и нагрузки в УПТ.

Для расчета частотных и временных характеристик УПТ с прямым усилением можно использовать материалы разд. 5 и 8, а также разд. 6 в случае построения УПТ на ПТ.

Для целей согласования потенциалов используют транзисторы различной проводимости, для лучшей температурной компенсации применяют диоды и стабилитроны. Применение двухполярного источника питания позволяет непосредственно подключать источник сигнала и нагрузку к УПТ, т.к. в этом случае обеспечены нулевые потенциалы на его входе и выходе. Указанные меры реализованы в схеме УПТ, приведенной на рис. 11.3.

Рис. 11.3. Двухкаскадный УПТ.

УПТ с прямым усилением на основе непосредственной связи между каскадами и глубокими ООС позволяют получить K₀ ≤ 40 дБ при U_вх порядка десятков мВ. В таких УПТ возникает проблема устранения паразитной ОС по цепям питания, ибо не представляется возможным применение обычных фильтров.

УПТ прямого усиления имеют большой температурный дрейф (e_др составляет единицы мВ/град). Кроме температурного дрейфа в таких УПТ существенное влияние оказывают временной дрейф, нестабильность источников питания и низкочастотные шумы.

11.4. УПТ с преобразованием (модуляцией и демодуляцией) сигнала

Отмеченные недостатки УПТ прямого усиления в значительной мере преодолеваются в УПТ с преобразованием (модуляцией и демодуляцией) сигнала (УПТ-МДМ).На рис. 11.4 приведена структурная схема УПТ с преобразованием постоянного тока в переменный и даны эпюры напряжений, поясняющие принцип его работы.

Входной сигнал постоянного напряжения U_вх преобразуется в пропорциональный ему сигнал переменного напряжения с помощью модулятора М, потом усиливается обычным усилителем гармонических сигналов У, а затем демодулятором ДМ преобразуется в сигнал постоянного напряжения U_н. Поскольку в усилителях переменного тока дрейф нуля не передается от каскада к каскаду (из-за наличия разделительных емкостей между каскадами), то в данном УПТ реализуется минимальный дрейф нуля.

Рис. 11.4. Стуктурная схема УПТ с преобразованием сигнала.

Для неискаженного усиления методом МДМ несущая частота f₀ (частота прерываний) выбирается достаточно высокой по сравнению с наивысшей частотой F_в спектра входного сигнала, а частотная характеристика усилителя делается равномерной в полосе частот не уже, чем от f₀–F_в до f₀+F_в. Частота F_в бывает очень низкой (единицы-десятки Гц), и тогда удается применять весьма ухкополосный усилитель переменного тока, что даже при невысокой несущей (400-1000 Гц) позволяет создавать высокочувствительные помехозащищенные устройства, пригодные для усиления сигналов порядка единиц мкВ.

В качестве модулятора можно использовать управляемые ключевые схемы, выполненные обычно на ПТ. В схему модулятора легко ввести трансформатор и с его помощью гальванически изолировать источник сигнала от цепей усиления. Простейшим демодулятором является обычный двухполупериодный выпрямитель с фильтром на выходе. Следует заметить, что существует большое многообразие схемных решений как модуляторов, так и демодуляторов, рассмотрение которых не позволяет ограниченный объем данного пособия.

В качестве недостатков УПТ с преобразованием сигнала следует отнести проблему реализации модуляторов малого уровня входного сигнала и повышенную сложность схемы.

Достичь существенного улучшения электрических, эксплуатационных и массогабаритных показателей УПТ можно за счет их построения на основе балансных схем.