Електрометричні та вимірювальні підсилювачі
Електрометричні та вимірювальні підсилювачі призначені для вимірювання напруги та струму надмалих значень. Вимірювання напруги виробляється у діапазоні від 0 до 100 мВ, а вимір струму — від 10 -16 до 10 -3 А. Для цих підсилювачів основним параметром є великий вхідний опір, а працюють вони в області частот від 0 до 10 Гц. Основні їх похибки визначають тимчасовий та температурний дрейфи нуля. Якщо на вході такого підсилювача сигнал дорівнює нулю, то його вихідний сигнал також повинен дорівнювати нулю, причому скільки завгодно довго. Однак виконати цю умову практично неможливо. Створити підсилювач з великим вхідним опором та малими дрейфами на біполярному транзисторі шляхом запровадження негативного зворотного зв'язку неможливо. Тому практично всі схеми таких підсилювачів мають вхідний каскад з польовими транзисторами. Дані підсилювачі знайшли велике застосування для посилення малих сигналів та потенціалів різних датчиків.
На рис. 6.13 показані схема та характеристики термостабільного електрометричного підсилювача, який дозволяє вимірювати мінімальний струм 10 - 5 А. Його вихідна напруга при цьому дорівнює 50 мВ. Підсилювач містить вхідний каскад на складання польових транзисторівDA1.Сигнал з польових транзисторів подається на вхід ОУ. Для балансування схеми служать опори R5 та R10. Тимчасовий дрейф схеми становить 20 мВ/год, а температурний – 5 мВ/°С.
Многокаскадні підсилювачі
Розробка багатокаскадних підсилювачів зумовлена тим, що отримати великий (більше 100) коефіцієнт посилення на одному активному елементі практично не можна. У той самий час у многокаскадных підсилювачах при великому коефіцієнті посилення має виникати паразитних коливань, порушення яких у цих підсилювачах явище рядове.
Для виключення паразитних збуджень доводиться вживати спеціальних заходів:
поділ загального коефіцієнта посилення на непарне число каскадів;
живлення кожного каскаду від джерела (або використання індивідуальної конденсаторної розв'язки);
максимальне видалення виходу останнього каскаду входу першого каскаду.
Існують два принципи побудови багатокаскадних підсилювачів: з конденсаторною розв'язкою між каскадами та гальванічним з'єднанням каскадів.
Мал. 6.14. Схема трикаскадного підсилювача з конденсаторною розв'язкою
На рис. 6.14 показано схему трикаскадного підсилювача з конденсаторною розв'язкою. Режим постійного струму в цьому підсилювачі у кожного каскаду свій, а вхідний змінний сигнал проходить від каскаду до каскаду через роздільні конденсатори.
Підсилювачі потужності
Потужні підсилювачі низької частоти гармонійних сигналів є важливим елементом будь-яких систем.
До основних характеристик підсилювачів потужності ставляться:
діапазон робочих частот;
рівень нелінійних спотворень;
коефіцієнт корисної дії;
Одним з основних параметрів цих підсилювачів єкоефіцієнт посилення по потужності,який залежить від опору навантаження і вхідного опору, а також від зміни напруги живлення.
Діапазон робочих частот - це смуга частот підсилювача, в якій коефіцієнт посилення залишається незмінним. Хороші підсилювачі низьких частот (УНЧ) мають робочу смугу частот від 16 Гц до 20 кГц, а УНЧ із задовільними якостями від 50 Гц до 10 кГц, причому нерівномірність коефіцієнта посилення в цій смузі частот становить менше 5 дБ.
Нелінійніспотворення зумовлені динамічною характеристикою УНЧ. Їх повну відсутність у підсилювачах принципово неможливе через нелінійність реальних показників транзисторів, тобто. на ступінь нелінійних спотворень в УНЧ впливають електрична схема та режими роботи транзисторів. Кількісно ступінь нелінійних спотворень оцінюється коефіцієнтом гармонікКг,який визначає їхню відносну інтенсивність. Допустимі значенняКг для вимірювальних підсилювачів менше 0,1%, а для акустичних - менше 3%.
У разі підвищення рівня вхідного сигналу УНЧ збільшується його вихідна потужність, але зростає рівень нелінійних спотворень. Спотворення менше 1% для підсилювачів певної потужності на виході вважаються невеликими та цілком допустимими для якісного відтворення звуку.
Динамічний діапазон підсилювача - це різницяUmах- Umin,деUmin- перевищення номінального рівня вихідного сигналу над мінімальним рівнем, ще помітним і натомість власних шумів. Верхня межа вихідного сигналу, обмежується заданою нормою нелінійних спотворень і номінальною напругою живлення.
Схема безтрансформаторного підсилювача потужності наведено на рис. 6.15. Потужність даного підсилювача у навантаженніРн =10 Вт; опір навантаження
(Динаміка типу 0,5 ГД14)Кн =8 Ом; смуга частот від нижньої граничної /н = 250 Гц до верхньої граничної /в = 10000 Гц; коефіцієнт гармонікКг == 10%.
Контрольні питання
1. Якими є призначення підсилювачів у складі САУ та їх основні характеристики?
2. Які принцип дії та характеристики однотактного магнітного підсилювача?
3. Які схема та переваги двотактного магнітного підсилювача?
4. У чому полягає принципдії електромашинного підсилювача та яка його статична характеристика?
5. Поясніть схему та принцип дії електромашинного підсилювача з поперечним полем.
6. Як працює схема підсилювача на біполярному транзисторі?
7. Поясніть принцип дії підсилювача на польовому транзисторі та його частотну характеристику.
8. Які особливості побудови операційних підсилювачів: універсальних, прецизійних, регульованих, потужних високовольтних?
9. Як використовуються ОУ у моделюванні математичних операцій?
10. У чому полягають особливості побудови електрометричних та вимірювальних підсилювачів?
11. Які принципи побудови багатокаскадних підсилювачів?
12. Які принципи побудови підсилювачів потужності та їх основні параметри?