7.2.    Однотактные усилители прямого усиления

Однотактные УПТ прямого усиления по сути своей являются обычными многокаскадными усилителями с непосредственной связью. В таком усилителе резисторы в цепи эмиттера не только создают местную последователь­ную ООС по току, но и обеспечивают необходимое напряжение Uбэ п в своих каскадах. В многокаскадном усилителе наблюдается последовательное повышение потенциала на эмиттере транзистора каждого последующего каскада. Необходи­мость повышения потенциалов эмиттера от каскада к каскаду обусловлена тем, что за счет непосредственной связи потенциал коллектора у каждого последующего транзистора оказывается выше, чем у предыдущего.

Обеспечить необходимый режим покоя в каскадах рассматриваемого усилителя можно и за счет последовательного уменьшения номиналов коллекторных резисторов от каскада к каскаду (Rк1 > Rк2). Однако в этом случае, как и в рассмотренном в разделе 7.1, будет падать усиление УПТ.

На рис. 7.2, приведены принципиальные схемы двух вариантов каскадов УПТ, в одном из которых (рис. 7.2, а) потенциал эмиттера устанавливается за счет балластного сопротивления Ro во втором (рис. 7.2, б) – за счет применения опорного диода D. Отметим, что вместо опорного диода можно включить несколько обычных прямосмещенных p-n-переходов. Часто используются сочетания обоих вариантов схем.

При разработке УПТ необходимо обеспечивать согласование потенциалов не только между каскадами, но и с источником сигнала и нагрузкой. Если источник сигнала включить на входе усилителя между базой первого транзистора и общей шиной, то через него будет протекать постоянная составляющая тока от источника питания Eк. Для устранения этого тока обычно включают генератор входного сигнала между базой транзистора Т1 (рис. 7.3) и средней точкой специального делителя напряжения, образованного резисторами R1 и R2. При правильно выбранном делителе потенциал его средней точки в режиме покоя равен потенциалу покоя на базе первого транзистора.

Подпись:  
Рис. 7.3. Способ подачи входного сигнала УПТ (а), способ включения нагрузки (б)
Нагрузка усилителя обычно включается в диагональ моста, образованного элементами выходной, цепи УПТ (рис. 7.3, б). Рассматриваемый здесь способ включения нагрузки используется для получения Uн = 0 при Ек= 0. Номиналы резисторов R3 и R4 выбираются таким образом, чтобы напряжение средней точки делителя равнялось напряжению на коллекторе выходного транзистора в режиме покоя. При этом в нагрузке для режима покоя не будет протекать тока. 

В каждом каскаде УПТ прямого усиления за счет резисторов в цепи эмиттера образуется глубокая ООС.  Обычно максимальное усиление свойственно первому каскаду, у которого Rк имеет наибольшее значение. Однако и в последующем каскаде УПТ, где Rк  меньше, все равно его номинал должен быть больше номинала Rэ.

В многокаскадных УПТ прямого усиления может происходить частичная компенсация дрейфа нуля. Так, положительное приращение тока коллектора, первого транзистора вызовет отрицательное приращение тока базы и, следовательно, тока коллектора второго транзистора. В результате суммарный дрейф нуля второго каскада может оказаться меньше, чем в отсутствие первого каскада и в идеальном случае сведен к нулю. Заметим, что полная компенсация дрейфа нуля возможна лишь при специальном подборе элементов и только для некоторой конкретной температуры. Хотя на практике это почти и недо­стижимо, тем не менее, в УПТ с четным числом усилительных каскадов наблюдается снижение дрейфа нуля.

Способ построения УПТ на основе непосредственной связи в усилительных каскадах с глубокой ООС может быть использован для получения сравнительно небольшого коэффициента усиления (в несколько десятков) при достаточно большом Uвх ≥ 50 мВ. Если в таких УПТ попытаться повысить Кu, то неизбежно получим резкое возрастание дрейфа нуля, вызванного не только температурной нестабильностью, но и нестабильностью источников питания. Отметим, что применение традиционных методов уменьшения влияния нестабильностей Ек с помощью фильтрующих конденсаторов здесь н
е дает желаемого результата (слишком низкие частоты).

Для снижения температурного дрейфа в УПТ прямого усиления иногда применяют температурную компенсацию. В настоящее время в качестве термокомпенсирующего элемента обычно используется диод в прямом смешении, включенный в цепь базы транзистора. Принцип построения таких устройств практически одинаков для усилителей постоянного и переменного тока. Все рассмотренные УПТ имеют большой температурный дрейф (eдр составляет единицы милливольт на градус). Кроме того, в них отсутствует зримая компенсация временного дрейфа и влияния низкочастотных шумов. Эти факторы могут оказаться даже более существенными, чем температурный дрейф нуля.