Усилители постоянного тока. Общие сведения.

Усилителем постоянного тока (УПТ) называют такой электронный усилитель, который усиливает медленно меняющиеся сигналы, в том числе и постоянные. Таким образом, нижняя граничная частота его АЧХ должна быть равна 0, кроме того усилитель должен реагировать на знак сигнала, выходное постоянное напряжение при отсутствии сигнала на входе должно быть стабильным. Обычные последовательные многокаскадные усилители даже при отсутсвии разделительных конденсаторов между каскадами не позволяют построить хорошие УПТ.

В настоящее время основой для УПТ являются так называемые дифференциальные каскады (ДК), реагирующие на разность сигналов на двух его входах. Схема ДК состоит из двух симметричных плеч, что дает возможность иметь на выходе реальный нуль при нулевых или равных сигналах на входе, причем при хорошей симметрии нестабильность нуля (дрейф нуля) значительно меньше дрейфа нуля в обычных каскадах. На рис.1 показана обобщенная схема ДК.

Рис.1

На вход ДК подаются два сигнала U_вых,1 и U_вых,2 (один из них может быть равен 0).

Дифференциальный входной сигнал равен разности:

U_вх,д =U_вх,1–U_вх,2

С ДК можно снимать сигналы как с каждого плеча: U_вых,1 и U_вых,2 , так и разностный сигнал

U_вых,д =U_вых,1–U_вых,2 .

При анализе ДК входные сигналы представляют в виде суммы синфазных (одинаковых по величине и знаку) и противофазных (одинаковых по величине, но противоположных по знаку) составляющих:

U_вх,1=U_вх,сф+U_вх,пф; U_вх,2=U_вх,сф–U_вх,пф ,

где

,	(1)
.	(2)

Если, например, U_вх,1№ 0, U_вх,2= 0, то U_вх,пф = U_вх,сф = U_вх,1/ 2 .

Пусть коэффициент передачи по каждому плечу каскада равен K , т.е. K= U_вых,1,2 /U_вх,1,2 ,

тогда U_вых,1=K(U_вх,сф+U_вх,пф) , U_вых,2= K(U_вх,сф–U_вх,пф). Следовательно, выходной сигнал на дифференциальном выходе будет равен:

U_вых,д=U_вых,1–U_вых,2=2KU_вх,пф=K(U_вх,1–U_вх,2)=KU_вх,д .

Таким образом при полной симметрии схемы сигнал на дифференциальном выходе пропорционален противофазной составляющей сигналов на входе. Если U_вх,1=U_вх,2 , то есть U_вх,пф=0 , на дифференциальном выходе сигнал также равен нулю. При одинаковых дестабилизирующих факторах (например, изменении температуры) на каждом плече ДК появляются одинаковые приращения напряжений, следовательно на дифференциальном выходе разность останется прежней. То есть в такой схеме теоретически отсутствует дрейф нуля.

Реальные схемы естественно не могут обладать идеальной симметрией плеч, поэтому задачей при построении таких УПТ является схемотехническое увеличение симметрии.