Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Дрейф нуля в усилителях постоянного тока
|
|
УПТ имеют один недостаток, затрудняющий усиление очень малых постоянных напряжений и токов. В УПТ существует дрейф нуля, который определяет нижний предел усиливаемых напряжений. Дрейф нуля заключается в следующем. С течением времени изменяются токи транзисторов и напряжения на их электродах. При этом нарушается компенсация постоянной составляющей напряжения и на выходе усилителя появляется напряжение при отсутствии входного сигнала. Так как УПТ должен усиливать напряжения вплоть до самых низких частот, всякое изменение постоянных составляющих напряжения 
из-за нестабильности источников питания, старения транзисторов, изменения температуры окружающей среды и т. д. принципиально не отличается от полезного сигнала.
Если вход УПТ замкнуть накоротко, а на входе подключить милливольтметр, то с течением времени даже при отсутствии входного напряжения из-за нестабильности 
и неточной их компенсации появляется выходное напряжение.
Примерная временная зависимость U вых показана на рисунке 35. Это напряжение, деленное на коэффициент усиления усилителя, называют дрейфом нуля, приведенным к входу усилителя:
U др = U вых / KU (при U вх = 0).
УПТ может правильно воспроизводить на выходе только те сигналы, которые значительно превышают напряжение дрейфа, т. е. U вх > > U др. Поэтому при проектировании чувствительного усилителя приходится принимать специальные меры к снижению дрейфа нуля.
| U вых |
| t |
| mV |
| УПТ |
| U вх |
| U вых |
| Рисунок 35 – Дрейф нуля в усилителе постоянного тока |
Как видно из временной зависимости, U вых состоит из двух составляющих:
– монотонно изменяющегося напряжения (штриховая линия);
– переменной составляющей.
Для борьбы с дрейфом нуля принимают целый ряд мер:
– стабилизацию напряжения источников питания;
– стабилизацию температурного режима и тренировку транзисторов;
– использование дифференциальных (или балансных) схем УПТ;
– преобразование усиливаемого напряжения.
Для борьбы с дрейфом в УПТ применяют специальные схемы усилителей, которые называются дифференциальными или балансными. Такие схемы построены по принципу четырехплечевого моста (рисунок 36).
Если мост сбалансирован, т. е. R 1 / R 2 = R 4 / R 3, то при изменении напряжения источника питания + Е К баланс не нарушается и в нагрузочном резисторе R н ток равен нулю.
С другой стороны, при пропорциональном изменении сопротивлений резисторов R 1, R 2 или R 3, R 4 баланс моста тоже не нарушается. Если заменить резисторы R 2, R 3 транзисторами, то получим дифференциальную схему, часто применяемую в УПТ (рисунок 37).
| Рисунок 36 – Схема четырехплечевого моста |
| R н |
| R 3 |
| R 2 |
| R 1 |
| +E К |
| R 4 |
| R н |
| U н |
| U вх1 |
| R 5 |
| U вх2 |
| – E К2 |
| VT 2 |
| VT 1 |
| R 3 |
| R 2 |
| R п |
| +E К1 |
| R н |
| Рисунок 37 – Дифференциальная схема в усилителе постоянного тока |
Назначение элементов схемы:
• R 5 стабилизирует ток транзисторов, включен в эмиттерную цепь обоих транзисторов; чтобы можно было использовать резистор с большим сопротивлением R 5, увеличивают напряжение источника питания Е К до значения Е К2 = Е К1, а в интегральных микросхемах вместо R 5 применяют стабилизатор постоянного тока, который выполняют на двух транзисторах.
• Переменный резистор R п служит для установки нуля. Это необходимо в связи с тем, что не удается подобрать два абсолютно идентичных транзистора и резисторы с равными сопротивлениями R 2, R 3. При изменении положения движка потенциометра R п изменяются сопротивления резисторов, включенных в коллекторные цепи транзисторов и, следовательно, потенциалы на коллекторах. Перемещением движка потенциометра R п добиваются нулевого тока в нагрузочном резисторе R н при отсутствии входного сигнала.
• При изменении ЭДС источника коллекторного питания Е 1 или смещении Е 2 изменяются токи обоих транзисторов и потенциалы их коллекторов. Если транзисторы идентичны и сопротивления R 2, R 3 в точности равны, то тока в резисторе R н за счет изменения ЭДС Е 1, Е 2 не будет. Если транзисторы не совсем идентичны, то появляется ток в нагрузочном резисторе, однако он будет значительно меньше, чем в обычном небалансном УПТ.
• R 5 – резистор ОС.
• При подаче входного сигнала на базу транзистора VТ 1 увеличивается ток базы транзистора VТ 1 и уменьшается ток базы транзистора VТ 2. При этом токи I Э1, I К1 увеличиваются, а токи I Э2, I К2 уменьшаются. Изменение токов происходит на одну и ту же величину. Напряжение U К1 = E К1 − I К1 · R К1 уменьшается, что вызывает приращение напряжения ∆ U К1, противоположного по знаку (т. е. проинвертированного) U вх. Напряжение U К2 = E К1 − I К2 · R К2 возрастает, что создает приращение напряжения того же знака + ∆ U К2 (т. е. непроинвертированного), что и напряжение входного сигнала, т. е. в данном случае выход каскада со стороны коллектора транзистора VТ 1 является инвертирующим, а со стороны коллектора транзистора VT 2 – неинвертирующим. Если подается сигнал на вход VТ 2, то тогда коллектор транзистора VТ 2 будет инвертирующим выходом, а коллектор VТ 1 – неинвертирующим.
Если напряжение подается на оба входа сразу, то инвертирующий и неинвертирующий выходы (или входы) определяются в сравнении по
формуле:
U вых = K (U вх1 − U вх2).