Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №6

Область использования усилителей обширна. Многообразие назначения усилителей порождает различия в требованиях, которым они должны отвечать. В связи с этим они могут различаться между собой как по числу активных элементов, так и по конструкции. Усилители являются составной частью почти любого прибора. В любом устройстве, прежде чем вести обработку сигналов, поступающих с датчиков, необходимо усилить эти сигналы. К усилителям предъявляются самые разнообразные требования: широкие пределы коэффициента передачи (от 1 до 10⁶), возможно меньший уровень шумов, возможно большее входное сопротивление, малое потребление тока, необходимая частотная полоса пропускания, устойчивая работа в различных климатических условиях. В одном усилителе совместить все эти требования практически невозможно. Для решения подобных вопросов применяют различные виды усилителей. Все усилители можно разбить на четыре группы: усилители звукового диапазона частот, селективные, широкополосные и гальванометрические усилители. Поскольку граница разделения является чисто условной, то один вид усилителей можно с успехом применять для разных целей. Каждая группа усилителей удовлетворяет лишь отдельным перечисленным требованиям.

1. В усилителях звукового диапазона частот основное внимание уделяется формированию необходимой частотной характеристики. Эти усилители, перекрывают широкую область частот от 20 Гц до 20 кГц. Они должны обладать низким уровнем шумов и большой чувствительностью. Усилителям этого диапазона частот уделяется большое внимание в технике записи и воспроизведения звука, для усиления сигналов от различных магнитных и пьезоэлектрических датчиков. Здесь могут применяться усилители с непосредственной связью и с малым уровнем шумов.

2. Селективные усилители применяют в промышленных системах обработки информации, когда необходимо из широкого спектра частот входного сигнала выделить составляющие, несущие информацию. Селективные усилители должны обеспечивать постоянство частотных и фазовых характеристик выделяемого сигнала, возможность регулировки коэффициента передачи и выделяемой полосы частот, устойчивую работу при больших коэффициентах усиления. Для регулировки коэффициента усиления применяют диоды и полевые транзисторы.

3. Широкополосные усилители являются входными каскадами устройств широкого назначения. В функции широкополосных усилителей входит ограничение шума, поступающего с антенны или датчика, с целью увеличения отношения сигнал-шум.

4. Гальванометрические усилители предназначены для измерения малых постоянных или медленно меняющихся токов. Их применяют для усиления малых сигналов и потенциалов различных датчиков, имеющих большое выходное сопротивление. Создать усилители с большим входным сопротивлением на биполярных транзисторах путем введения ООС в широком диапазоне частот практически невозможно. По этой причине почти все практические схемы гальванометрических усилителей имеют входные каскады с полевыми транзисторами. В этом случае сравнительно просто получить большое входное сопротивление и низкий уровень шумов.

1. УПРАВЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ

Настройка усилителя на ОУ.

Схема с ОУ (рис. 4.1) считается настроенной, если при Е₁ = Е₂ = Е₃ = 0 выходное напряжение равно нулю. Этот режим работы ОУ устанавливается при условии R₆ = 1/(1/R₁

+ 1/R₂ + 1/R₃ + 1/R₄) (рис. 4.1,a); I/R₃ + I/R₄ + I/R₅ = I/R

₁ + I/R₂ (рис. 4.1,б). При точной настройке усилителя значительно ослабляется влияние изменения входных токов от температуры и прочих воздействий на дрейф выходного сигнала. Это очень важно при создании усилителей постоянного тока, для усилителей переменного тока и фильтров, во избежание ограничения динамического диапазона устройств.

Плавная регулировка коэффициента передачи.

На рис. 4.2 показано несколько схем включения ОУ, в которых осуществляется плавная регулировка коэффициента передачи. Обозначим R_n

— входное дифференциальное сопротивление, К_{у. и} — коэффициент усиления ОУ без ОС. На рис. 4.2 показаны схемы, которые имеют следующие параметры:

Дискретное изменение коэффициента передачи.

Дискретный способ регулирования усиления применяется при точных измерениях исследуемого сигнала. Приведены две схемы (рис. 4.3), которые отличаются режимами работы усилителя в моменты переключения с контакта на контакт. В первом случае один из входов ОУ находится в свободном положении. Здесь входной сигнал не проходит на выход. Во втором случае вход ОУ подключается через резистор R1 к общей шине. В этом режиме усилитель обладает максимальным усилением. От входного сигнала усилитель переходит в режим насыщения.

Температурная стабилизация ОУ.