Элементы связи усилительных устройств

Подключение входного сигнала к управляющим зажимам усилителя и нагрузки к выходным зажимам осуществляется с помощью специальных элементов связи. К этим элементам предъявляются следующие требования: минимальные потери энергии сигнала, минимальные вносимые искажения сигнала, минимальные вес и габариты, технологическая совместимость с остальными элементами усилителя. Кроме того, очевидным является требование, чтобы подключение источника сигнала и нагрузка через элементы связи не приводили к изменению расчетного режима покоя.

В настоящее время применяются следующие типы связи: гальваническая (непосредственная), емкостная, трансформаторная, оптическая.

Гальваническая связь осуществляется непосредственным соединением соответствующих зажимов источника сигнала, усилителя и нагрузки (см. рис. 5.29). Кажущаяся простота такой связи обманчива. Чтобы непосредственное соединение двух цепей не приводило к изменению расчетного режима покоя усилителя, надо иметь одинаковые потенциалы соединяемых электродов 1-2, 1’-2’, 3-4, 3’-4’. Элементы, обеспечивающие равенство указанных потенциалов и будут являться элементами гальванической связи.

Рис. 5.29. Гальваническая связь

Реализация гальванической связи часто требует дополнительных источников питания, специальных каскадов сдвига уровня, т. е. усложняет схему усилителя. Достоинством гальванической связи является возможность пропускать медленные изменения сигнала, включая постоянную составляющую, но это и приводит к тому, что медленные изменения выходного напряжения, вызванные нестабильностью режима покоя, воспринимаются как выходной сигнал. В многокаскадных усилителях это может привести к сильному изменению начального режима выходного каскада, вплоть до потери усилительных свойств. В связи с этим требуется специальная более сложная схемотехника входных каскадов. Несмотря на недостатки в связи с технологичностью, гальваническая связь широко используется в интегральной схемотехнике.

Емкостная связь осуществляется с помощью конденсатора (рис. 5.30). Поскольку конденсатор не пропускает постоянную составляющую сигнала, то емкостная связь позволяет соединить точки 1-2, 1’-2’, 3-4, 3’-4’ с разными потенциалами. Расчетная схема емкостной связи изображена на рис. 5.31, а, на основании которой получены АЧХ и ФЧХ (рис. 5.31, б).

Рис. 5.30. Реостатно-емкостная связь

Поскольку спектральный состав дрейфа нуля лежит в области очень низких частот, то емкостная связь практически исключает явление дрейфа. Недостатком является неравномерность АЧХ в области низких частот и невозможность изготовления большой емкости в интегральном исполнении.

а б

Рис. 5.31. Емкостная связь: а – расчетная схема; б – АЧХ и ФЧХ

Трансформаторная связь изображена на рис. 5.32. Достоинством является электрическая изоляция соединительных цепей (их связь осуществляется через магнитный поток) и возможность трансформации переменного напряжения и тока. На рис. 5.33 представлена АЧХ такой связи.

Недостатком трансформаторной связи является большой уровень вносимых частотных искажений и фазовых сдвигов как в области низких, так и в области высоких частот, большие габариты и вес, несовместимость с интегральной техникой.

В настоящее время трансформаторная связь встречается только в мощных выходных каскадах для получения больших токов (десятки, сотни ампер) и напряжений (сотни вольт).

Оптическая связь осуществляется с помощью оптронов. Гальваническая развязка цепей 1-1’ и 2-2’ обеспечивается за счет того, что связь между ними происходит через световой поток (рис. 5.34).

Недостатки: большие потери, дрейф нуля передается как и при гальванической связи, кроме того, добавляется нестабильность оптрона.

Контрольные вопросы и задания

1. Что понимается под режимом покоя? Как называется точка на ВАХ усилительного элемента, соответствующая этому режиму? Чем определяется положение этой точки?

2. Зачем надо стабилизировать режим покоя? Какие способы стабилизации вы знаете? Какие из них предпочтительны и почему?

3. Какие цепи межкаскадной связи вы знаете? Сравните их между собой?

4. Сравните дифференциальный усилительный каскад с усилительным каскадом ОЭ.

5. Какие классы работы усилительных элементов вы знаете? Сравните их.

6. Сравните схемы двухтактных усилителей класса А и В. Чем они будут отличаться?