Усилители постоянного тока прямого усиления

Узким местом в усилителях без разделительных конденсаторов являются допустимые значения напряжений в схеме. В частности, весьма желательно, чтобы в отсутствие сигнала потенциал как на входе, так и на выходе, был равен потенциалу земли. Это означает, конечно, что выходное напряжение в режиме покоя больше не может равняться половине напряжения питания (Е) относительно земли (О). Может показаться, что в связи с этим ограничением возникает проблема: ведь до сих пор мы предполагали, что начальное значение выходного напряжения должно равняться Е/2, что­бы были возможны отклонения сигнала как в положительную, так и в отри­цательную сторону. Применительно к усилителям постоянного тока эта про­блема решается путем применения двух симметричных источников пита­ния: положительного и отрицательного (в этом случае говорят, что схема работает с раздельными источниками питания).

Простой двухтранзисторный усилитель постоянного тока показан на рисунке 1.57. Он является модификацией усилителя переменного напряжения, но здесь применены два источника питания и комплементарные транзисторы (п-р-п и р-п-р). С помощью делителя напряжения, состоящего из резисторов R₄, R₅ и R₃, потенциал эмиттера VТ₁

поддерживает­ся слегка отрицательным по отношению к земле (-0,6 В). Таким образом, VТ₁
оказывается открытым, если его база привязана к земле входным резисто­ром R₁.

Что касается выхода, то, с одной стороны, мы знаем, что коллектор п-р-п транзистора должен быть положителен по отношению к базе, а с другой стороны, в усилителе постоянного тока нам необходимо, чтобы потенциал коллектора был равен потенциалу земли; только тогда нулевой входной сигнал будет давать нулевой сигнал на выходе.

Рисунок 1. 57 - Схема усилителя постоянного тока с использованием двух источников

питания

Этот парадокс разреша­ется с помощью р-п-р транзистора VТ₂, который введен для того, чтобы сдвинуть выходное напряжение в режиме покоя обратно к нулю, осуществ­ляя в то же самое время дополнительное усиление.

На VТ₂реализована простая схема стабилизированного по постоянному току каскада усилителя, работающая от двух источников питания +9 В и -9 В, в которой потенциал базы транзистора задается не делителем напря­жения, а коллектором транзистора VT₁. Начальные условия оптимальны, ког­да потенциал коллектора VТ₂в режиме покоя равен потенциалу земли (О В), в результате чего нулевой сигнал на входе VT₁ дает нулевое напряжение на выходе. Если нулевой сигнал на входе не приводит к нулевому постоянном напряжению на выходе, то говорят, что у этого усилителя есть напряжение смещения; назначение переменного резистора R₅состоит в том, чтобы с его помощью производить установку нулевого смещения для получения нуля на выходе при подаче нуля на вход, что, до некоторой степени, подобно уста­новке нуля на аналоговом вольтметре, когда с помощью регулировочного винта стрелка устанавливается на начало шкалы в отсутствие сигнала.

ПРИМЕР: Напряжение питания усилителя берем Е= 9 В. Величину резистора R₆ = 1 кОм и R ₇ = 4,7 кОм, то в схеме усилителя со стороны его выхода, видим, что требо­вание нулевого потенциала коллектора VТ₂

подразумевает падение на резис­торе R₇ напряжения, точно равного 9 В. Следовательно, коллекторный ток транзистора VТ₂ должен равняться (9/4700) А или 1,9 мА. Эмиттерный ток величиной 1,9 мА дает падение напряжения 1,9 В на 1-килоомном резисторе R₆в цепи эмиттера, так что потенциал эмиттера VТ₂будет иметь значение (9—1,9) В, то есть 7,1 В. Выполнение этих условий обеспечивается только тогда, когда потенциал базы транзистора VT₂, являющегося р-п-р транзисто­ром, на 0,6 В отрицательнее потенциала его эмиттера, то есть равен (7,1-0,6) В или 6,5 В. Это подходящее напряжение рабочей точки для коллектора VT₁так что два каскада усилителя можно соединить непосредственно. Теперь, мы знаем, что в результате задания с помощью R₅ нулевого смещения, режим покоя транзистора VT₁, автоматически устанавливается нужным. Это как раз одна из многих схем, для которых возможность применения комплементар­ных транзисторов является особенно ценной.

При работе с этим усилителем оказывается, что требуемое положение регу­лятора нулевого смещения R₅ зависит от сопротивления источника, под­ключенного к входу. Если первоначальная установка R₅ была произведена в режиме холостого хода на входе (то есть только с 10-килоомным резистором R₁, во входной цепи), а затем была подключена термопара с пренебрежимо малым сопротивлением, то потребуется устанавливать R₅ заново.

Причина этого заключается в том, что входная цепь является базовой цепью транзистора VТ₁ и по ней течет обычный базовый ток (с типичным значением 5 мкА). От протекания 5 мкА по сопротивлению 10 кОм на нем падает напряжение 50 мВ, и оно играет роль входного напряжения смеще­ния, когда во входной цепи имеются только эти 10 кОм. Смещение исчеза­ет, когда вход шунтируется накоротко или когда ко входу подключается источник с малым сопротивлением.