Однотактные схемы
Усилителями постоянного тока называют усилители на сопротивлениях, сохраняющие постоянство усилительных свойств при уменьшении частоты сигнала, вплоть до нуля. Эти усилители позволяют производить над входными напряжениями различные математические операции, поэтому их иногда называют операционными или решающими усилителями. Они находят широкое применение в схемах автоматических устройств и в различной измерительной аппаратуре (ламповых вольтметрах, осциллографах и т. д.).
В отличие от реостатных усилителей низкой частоты усилители постоянного тока имеют гальваническую связь между каскадами: анод предыдущего каскада соединяется с управляющей сеткой следующего каскада либо непосредственно, либо через сопротивление. В области верхних частот усилительные свойства и частотная характеристика УПТ ничем не отличаются от свойств и характеристик реостатного усилителя.
 |
Для осуществления гальванической связи используют особые схемы, обеспечивающие нужный режим работы каскадов. На рис. 160 приведены схемы усилителей постоянного тока, в которых питание каскадов осуществляется от общего источника напряжения. Рис. 160. Схемы усилителей постоянного тока с одним источником питания. |
В первой схеме (рис. 160, а) на каскады подается питание при помощи делителя. Напряжение источника питания распределяется пропорционально его сопротивлениям. Напряжение смещения на лампе Л1 образуется на сопротивлении R1 по которому проходят токи делителя и всех ламп (на схеме для упрощения показано только два каскада). Источником анодного напряжения для этой лампы является напряжение на сопротивлениях R2, R3, по которым также проходят токи делителя и всех ламп, кроме лампы Л1. Нагрузкой ее является сопротивление Ra1. Каскад Л2 подсоединен в разрыв мевду сопротивлениями R2 и R3. Если падения напряжения на сопротивлениях R3 и Rа1, будут одинаковыми, то в режиме покоя на управляющей сетке лампы Л2 окажется нулевой потенциал.
Если падение напряжения на сопротивлении R3 меньше, чем на сопротивлении Rа1, то потенциал точки А окажется ниже потенциала точки В и на управляющей сетке лампы Л2 окажется отрицательный потенциал. На сопротивлении R3 образуется напряжение, компенсирующее падение напряжения на Rа1, и тем самым позволяющее обеспечить любой режим работы лампы Л2 Источником анодного напряжения для этой лампы является падение напряжения на сопротивлениях R5, R4 и R3. Сопротивление Rа2 является нагрузочным сопротивлением лампы Л2, а на сопротивлении R5 образуется компенсирующее напряжение для следующего усилительного каскада, не показанного на схеме.
Коэффициент усиления каскада определяется выражением
В схеме осуществлена обратная связь через делитель. При наличии сигнала на входе по сопротивлению R1 проходят токи всех каскадов, на нем образуется переменное напряжение, которое через сопротивление Rс поступает на управляющую сетку лампы Л1. Аналогичные обратные связи имеют место во всех каскадах, кроме последнего (так, например, напряжение обратной связи образуется также на сопротивлении R3). Однако влияние обратной связи в многокаскадном усилителе, собранном по такой схеме, ослабляется компенсирующим действием четных каскадов: знаки сигналов обратной связи, поступающие на управляющие сетки ламп четных каскадов, находятся в противофазе с сигналами обратной связи, поступающими с анодов ламп нечетных каскадов.
Существенным недостатком схемы является также необходимость в наличии высоковольтного источника питания, так как
Eист=│Eс│+ Uа1 + Uа2+...+Uаn — Uкомп2 — Uкомп3 — ... — Uкомп(n-1)
где 1, 2, ...., n — порядковый номер каскада усиления; Uа — напряжение анодного питания каскада; Uкомп — компенсирующее напряжение.
В схеме УПТ, приведенной на рис. 160, б, изменения тока в цепи одного каскада не вызывает перераспределения потенциала на делителе, что приводит к ослаблению обратной связи. В режиме покоя напряжение смещения на управляющую сетку лампы Л1 поступает с сопротивления Rк. Источником анодного напряжения является падение напряжения на сопротивлении R1, а на сопротивлении R2 создается компенсирующее напряжение. Напряжение смещения на управляющей сетке лампы Л2 │E'с│ = UR2 - URc.
Эта схема по сравнению с предыдущей имеет примерно в 2 раза меньший коэффициент усиления:
(280)
Уменьшение коэффициента усиления происходит за счет снижения сопротивления нагрузки, вследствие шунтирующего действия на сопротивление Ra1 делителя R3— Rc1 и потерь напряжения сигнала на сопротивлении R3.
Существенным достоинством этой схемы является то, что напряжение источника питания определяется режимом работы одного каскада.
На работу УПТ весьма существенное влияние оказывают изменения напряжения источников питания, параметров ламп и деталей (при колебаниях температуры окружающей среды), которые вызывают появление на входе усилителя «ложного» сигнала. В связи с этим, на выходе усилителя после усиления возникают беспорядочные колебания около медленно меняющегося постоянного напряжения. Указанное явление называется дрейфом нуля.
Напряжение дрейфа нуля может привести к нежелательным изменениям режимов работы ламп и оказаться больше напряжения полезных усиленных сигналов. Считается допустимым, когда напряжение дрейфа нуля на входе усилителя составляет сотые доли минимального расчетного напряжения сигнала.
Дрейф нуля уменьшают предварительным прогревом усилителя, применением специальных компенсирующих и балансирующих элементов в первых каскадах усилителя и стабилизацией напряжений источников питания.
