Підсилювачі з безпосереднім зв’язком (однотактні підсилювачі).

Ці ППС являються багато каскадними. Розглянемо принцип дії ППС на прикладі малюнка:

Підсилювач зібраний на двох транзисторах і . Режим транзистора по постійному струмі задається дільником .

Режим транзистора не задається додатковими елементами, як в , а визначається напругами і .

Різниця вказаних напруг визначається :

(3)

Напруга визначає величину струму спокою .

Компенсація високого потенціалу колектора транзистора , приводиться напругою .

Якщо цю напругу не компенсувати, то транзистор може повністю відкритися, що приводить до втрати працездатності ППС.

Використання слідуючих каскадів теж потребує компенсації напруги попередніх.

Величину напруги компенсації визначають з формули (3).

= (4)

Резистори і в режимі спокою (режим узгодження), коли , тобто вхідний сигнал відсутній, визначається:

(5)

(6)

В багато каскадних підсилювачах величини резисторів від каскаду до каскаду збільшуються, а зменшується.

Вхідний опір каскадів по схемі з СЕ буде визначатись:

(7)

Повний опір колекторного ланцюга:

(8)

Тому коефіцієнт підсилення для такого підсилювача буде дорівнювати:

(9)

Спільний коефіцієнт підсилення каскадів:

Підвищення спільного в підсилювачі, що розглядаємо, досягнуто введенням резистора в каскади, крім першого .

Крім того, для зменшення «дрейфу нуля» замість ,або паралельно йому в слідуючих каскадах ставлять діоди, ввімкнені в зворотному напрямку.

Використання термозалежних елементів (діодів, транзисторів) зменшує «дрейф нуля» в 5-10 разів.

Підсилювачі, які розглядаємо, виготовляються в теперішній час в інтегральному наповнюванні.

31. Диференційні підсилювачі.

Радикальним засобом зменшення «дрейфу нуля» є використання диференційних каскадів.

Одна з найбільш розповсюджених схем диференційного каскаду представлена на малюнку а).

а)

б) в)

Диференційний каскад складається з мосту, створеного резисторами і транзисторами .

В живлячій діагоналі мосту під’єднані джерела і .

Транзистори створюють джерело стабільного струму . Причому транзистор ввімкнений як діод для температурної компенсації величини струму дільника .

При однакових параметрах транзистора і та рівності напруга , тобто міст знаходиться в рівновазі.

Диференційний каскад дозволяє здійснювати подачу вхідного сигналу на обидва входи одночасно.

З подачею на один з входів б) або в) сигналу при цьому потенціал одного транзистора заземлений.

У випадку, коли напруга і дорівнює

Таким чином в залежності від точок зняття вихідної напруги отримують різні значення вихідної напруги.

У випадку заземлення одного з входів, вихідна напруга по абсолютній величині буде дорівнювати значенню чи різної полярності, а у випадку подачі напруги на обидва входи одночасно і ввімкнення навантаження до активних кінців виходів, вихідна напруга буде дорівнювати 0, в силу того, що .

Джерело стабільного струму разом з джерелом служать для стабілізації і компенсації.

Цей вузол стабілізує величину струму і компенсує потенціали емітерів транзисторів і .

Джерело стабільного струму містить термозалежний дільник, створений транзистором і резисторами і .

Під дією температури змінюється струм дільника, що приводить до зміни напруги , а це в свою чергу приводить до стабілізації струму .

На одні з входів подамо напруги, напр. на вхід 1, транзистор буде відкриватися. Струм збільш. на величину , а в транзисторі струм зменшився на , що призвело до зміни величини напруги і , тобто відбувся розбаланс мосту.

Стан каскаду, при якому встановилась рівність струмів і напруг обох транзисторів визначає режим балансу каскаду.

Розглянемо роботу каскаду при подачі на один із входів на прикладі малюнку.

На базу транзистора подано позитивну напругу ЕРС генератора , , а , так як база знаходиться на корпусі. При цьому по транзисторам пробігає вхідний струм , який збільшує струм бази : і зменшує струм бази : на таку ж величину.

В силу цього колекторний струм першого транзистора збільшується, азменшується, так як - транзистора однакові, то ці зміни будуть однаковими.

Зміна колекторних струмів приводить до зміни напруг на колекторах. При цьому на колекторі першого транзистора напруга зменшується на величину , а на колекторі другого транзистора збільшується на величину .

Як було відмічено, що сигнал, який знімається з колекторів обох транзисторів, називається диференційним сигналом, тобто

При розгляданні потенціальної діаграми видно, що при такій полярності вхідного сигналу потенціал зменшується, тому цей вихід каскаду називається інвертуючим , а напруга, яку знімаємо з колектора транзистора являється вихідним неінвертуючим сигналом.

Зміна напруги при збільшенні буде відбуватися до тих пір. Поки змінюються струми колекторів обох транзисторів.

Коли струм колектора одного з транзисторів буде незмінний, тоді вихідна напруга змінюватися не буде.

Такий стан називається режимом насичення каскаду.

При зміні полярності вхідної напруги проходить процес, подібний описаному, тільки з іншими знаками приросту.

Визначимо коефіцієнт підсилення по такого каскаду.

(1)

де - вхідний опір транзисторів;

- внутрішній опір джерела.

Цей вхідний опір викликає приріст колекторного струму на величину

(2)

Приріст колекторного струму викликає зміни колекторної напруги на величину

(3)

Приріст напруги являється вихідною напругою

Тоді коефіцієнт підсилення визначається залежністю:

(4)

Підставивши в (4) значення (ф-ла (1)), отримаємо:

(5)

Залежність (5) показує, що коефіцієнт підсилення по U каскаду визначається:

- величиною - транзистора;

- резистором (по

Коефіцієнт підсилення каскаду по диференційному виходу :

(6)

І з врахуванням опору навантаження:

(7)

Як вище вказувалось, диференційний каскад дозволяє подавати сигнали одночасно на обидва входи.

При цьому вихідна напруга визначається залежністю:

(9)

Залежність (9) показує, що на основі диференційного каскаду можлива побудова елемента зрівняння двох напруг.

Цікавим являється випадок, коли на обидва входи подається сигнал однакової полярності, або однакової фази (для тих, які повільно змінюються).

При такій подачі напруги з’являється вихідна синфазна похибка(помилка).

Примітка:

При рівності фаз вхідного сигналу, такий сигнал називається синфазним.

Величина синфазної похибки по абсолютній величині рівна меншій вхідній величині. Різниця між вхідними сигналами називається диференційною вхідною напругою.

Поява синфазної похибки приводить до зміни напруги балансу в ту чи іншу сторону, тобто з’являється .

На потенціальній діаграмі поява синфазної похибки виглядає наступним чином:

Поява синфазної похибки пояснюється збільшенням потенціалу транзистора (стабілізатора струму), що приводить до зміни струму .

При подачі від’ємної напруги цей потенціал зменшується.

Степінь впливу синфазної похибки визначають коефіцієнтом синфазної передачі.

де - величина синфазної ЕРС.

В сучасних підсилювачах ця величина <<1 .

Якість диференційного підсилювача характеризується співвідношенням:

Вираз 20носить назву коефіцієнта послаблення синфазного сигналу (КПСС). КПСС для сучасних підсилювачів знаходиться в межах 60-100 дб.

В інтегральному виконанні ДП як правило будуються з динамічним навантаженням, тобто замість резисторів встановлюють транзистори.

Так як і ідентичні, ввімкнений по схемі діод, його опір визначається струмом , падіння напруги на являється напругою на ділянці б-е транзистора .

встановлює струм рівним .

Таке ввімкнення отримало назву «струмового дзеркала».

Широке застосування при побудові ДП знайшли польові транзистори. Таким каскадам властиві переваги польових транзисторів. Такі каскади мають великий вхідний опір.