Усилители постоянного тока. Схема и АЧХ. кратко

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про усилители постоянного тока, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое усилители постоянного тока, усилитель , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

При измерениях, в электронных устройствах необходимо усиливать сигналы очень низких частот (долей Гц). усилители постоянного тока предназначены для усиления сигналов, медленно изменяющихся во времени, то есть сигналов f→0.


Рис 1 амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя постоянного тока

Uвых определяется усиленным полезным сигналом и ложным сигналом, создаваемым за счет изменения во времени параметров режима каскадов по постоянному току.

Дрейф нуля
Самопроизвольное изменение Uвых усилителей постоянного тока при неизменном Uвх = const называется дрейфом нуля.

• Uдр =DUвыхдр/KU;

• KU – коэффициент усиления усилителя,

• Uдр – ложный входной сигнал.

Схема УПТ


Рис 2 усилитель постоянного тока

Усилитель постоянного тока рис 2, с двумя источниками питания +E1 и -E2, которые создают положи-тельное и отрицательное напряжение относительно общей точки (имеющей нулевой потенциал).

К делителю R3 - R4 приложено UR3 + UR4 = jк + E2, при этом потенциал средней точки делителя должен быть равен нулю, тогда Uвых=0, следовательно, UR3 = jк, UR4 = E2.
Uвх >> Uдр для нормальной работы.

Чтобы не нарушать режим работы транзистора, через делитель должен идти ток I = (0,02¸0,1)Iк; I £ Iк.
R3 = UR3/I; R4 = UR4/I

Делитель на выходе усилителя постоянного тока компенсирует постоянную составляющую коллек-торного напряжения, но передает с некоторым уменьшением усиленное напряжение с коллектора транзистора на выход усилителя.

K = Kо•R4/(R3 + R4);

Kо – коэффициент усиления без делителя. На практике Ко снижается в 1,5 – 2 раза.

Для борьбы с дрейфом нуля применяют:

• стабилизацию напряжения источников питания;

• стабилизацию температурного режима;

• дифференциальные усилители постоянного тока.

Пример расчета усилителя постоянного тока

на рис 1 представлена схема инвертирующего усилителя постоянного тока, транзистор включен по схеме с общим эмиттером:

Рисунок 1 - Схема усилителя постоянного тока на КТ315Б.

Пусть схема питается от источника с напряжением 5В (это может быть например сетевой адаптер), выберем ток коллектора Iк транзистора VT1 таким чтобы он не превышал предельно допустимого тока для выбранного транзистора (для КТ315Б максимальный ток коллектора Ikmax=100мА). Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Выберем Iк=5мА.

Для расчета сопротивления резистора Rк поделим напряжение питания Uп на ток коллектора:

Если сопротивление не попадает в стандартный ряд сопротивлений то нужно подобрать ближайшее значение и пересчитать ток коллектора.

На семействе выходных вольт амперных характеристик построим нагрузочную прямую по точкам Uп и Iк (показана красным цветом).

На нагрузочной прямой выберем рабочую точку (показана синим цветом) по середине.

Рисунок 2 - Выходные ВАХ, нагрузочная прямая и рабочая точка

На рисунке 2 рабочая точка не попадает ни на одну из имеющихся характеристик но находится чуть ниже характеристики для тока базы Iб=0.05мА поэтому ток базы выберем чуть меньше например Iб=0.03мА. По выбранному току базы Iб и входной характеристике для температуры 25Сo и напряжения Uкэ=0 найдем напряжение Uбэ:

Рисунок 3 - Входная характеристика транзистора для выбора напряжения Uбэ

Для тока базы Iб=0.03мА найдем напряжение Uбэ но выберем чуть больше так как Uкэ>0 и характеристика будет располагаться правее, например выберем Uбэ=0.8В. Далее выберем ток резистора Rд1, этот ток должен быть больше тока базы но не настолько большим чтобы в нем терялась большая часть мощности, выберем этот ток в три раза большим чем ток базы:

По первому закону Кирхгофа найдем ток резистора Rд2:

Обозначим на схеме найденные токи и напряжения:

Рисунок 4 - Схема усилителя с найденными токами ветвей и напряжениями узлов

Рассчитаем сопротивление резистора Rд1 и подберем ближайшее его значение из стандартного ряда сопротивлений:

Рассчитаем сопротивление резистора Rд2 и подберем ближайшее его значение из стандартного ряда сопротивлений:

Обозначим сопротивления резисторов на схеме:

Рисунок 5 - Усилитель постоянного тока на КТ315Б.

Так как расчет приближенный может потребоваться подбор элементов после сборки схемы и проверки напряжения на выходе, элементы Rд1 и/или Rд2 в этом случае нужно подобрать так чтобы напряжение на выходе было близко к выбранному напряжению Uбэ.

Для усиления переменного тока на вход и на выход надо поставить конденсаторы для пропускания только переменной составляющей усиливаемого сигнала так как постоянная составляющая изменяет режим работы транзистора. Конденсаторы на входе и выходе не должны создавать большого сопротивления для протекания переменного тока. Для термостабилизации в цепь эмиттера можно поставить резистор с небольшим сопротивлением и параллельно ему конденсатор для ослабления обратной связи по переменному току. Резистор в цепи эмиттера наряду с резисторами делителя будет задавать режим работы транзистора.

На фотографии ниже собранный по схеме на рисунке 2 усилитель:

На вход усилителя не подано напряжение, вольтметр подключенный к выходу показывает 2.6В что близко к выбранному значению. Если подать на вход напряжение прямой полярности (такой как на рисунке 5) то напряжение на выходе уменьшится (усилитель инвертирует сигнал):

Если подать на вход напряжение обратной полярности то напряжение на выходе увеличится но не больше напряжения питания:

Уменьшение напряжения на входе, при подключении ко входу источника, меньше чем увеличение напряжения на выходе что говорит о том что происходит усиление входного сигнала с инверсией. Схема с общим эмиттером производит большее усиление по мощности чем схемы с общей базой и общим эмиттером но она, в отличии от двух других, производит инверсию сигнала. Если необходимо произвести усиление по мощности постоянного тока без инверсии то каскадно можно соединить две схемы на рисунке 5 но при этом необходимо учесть что первый каскад будет изменять режим работы транзистора второго каскада поэтому сопротивления резисторов во втором каскаде необходимо будет подобрать так чтобы это изменение было как можно меньше. Также при каскадном соединении увеличится коэффициент усиления всего усилителя (он будет равен произведению коэффициента усиления первого каскада на коэффициент усиления второго).

Статью про усилители постоянного тока я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое усилители постоянного тока, усилитель и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Из статьи мы узнали кратко, но содержательно про усилители постоянного тока