Часто используется сочетание обоих способов, особенно тогда, когда сопротивление Ro (рис. 13-4, а) получается сравнимым с R (что снижает стабильность) или когда эмиттерный ток слишком мал для работы стабилитронов

Добавление балластных сопротивлений и опорных напряжений не вносит принципиальных изменений в анализ переменных составляюш,их, т. е. дрейфа и усиления сигнала.

Напряжение питания должно быть достаточно большим для установления нормального режима в последнем, самом высоковольтном каскаде:

= /а l/?s 1 + (к. 1 + кэ 2 + /кэ з) + / кз/?кЗ. (13-9)

Во всех каскадах, кроме первого, можно считать Rv = RAv-i). Поскольку Rg и /?к имеют обычно сравнимые значения, коэффициент Y6 редко бывает меньше 0,1-0,2. Поэтому, как правило, выполняется условие роеТб 1- Будучи использовано в формулах (13-5) и (13-6), оно приводит к следующим выражениям для коэффициентов нестабильности и усиления каждого каскада:

Ки- (13-11)

1в последнем для простоты опущен знак минус, ср. с (7-4, б)]. Максимальное усиление свойственно первому каскаду, у которого сопротивление Rk имеет наибольшее значение. Однако даже в последнем каскаде, у которого R минимально, должно соблюдаться условие Rk >

Рассмотрим результирующий дрейф в схеме на рис. J3-3. Легко заметить, что положительное приращение 6/ki вызовет отрицательное приращение токов /gg и /кг. Таким образом, результирующий дрейф второго каскада может оказаться меньше, чем в отсутствие первого каскада, а при надлежащем подборе параметров он может быть сведен к нулю (71; 111]. В трехкаскадном усилителе такая возможность существенно затруднена, так как дрейф первого каскада усиливается больше, чем дрейф второго, и после усиления имеет ту же полярность, что и дрейф третьего каскада. Поэтому частичная или полная компенсация дрейфа свойственна, как правило, усилителям с четным числом каскадов; но и в этом случае она сопряжена с значительными трудностями (см. 1-е и 2-е издания данной книги).

В качестве стабилитронов могут применяться и обычные кремниевые диоды, работающие в прямом направлении (если необходимое напряжение невелико и может быть реализовано с помощью небольшого числа диодов). В этом случае коэффициент е в формуле (13-4) возрастает, тогда как в случае настоящих полупроводниковых стабилитронов, у которых 8ст > О (см. § 3-3), результирующий коэффициент 8 обычно меняет знак и температурная стабильность при этом может улучшиться.

13-4. ТЕРМОКОМПЕНСАЦИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ

а) О.

Рис. 13-5. Термостабилизация каскада с помощью термистора (а) и полупроводниковых диодов (б).

Под термокомпенсацией понимают применение специальных температурно-зависимых схемных элементов, способствующих уменьшению температурного дрейфа. Такими элементами могут быть либо термисторы, либо полупроводниковые диоды. Последние имеют то преимущество, что температурные зависимости их обратного тока, прямого напряжения и соответствующих сопротивлений - такие же, как у транзисторов. Это облегчает компенсацию дрейфа в широком температурном диапазоне. Кроме того, диоды могут работать со значительно большими токами, чем термисторы, ~Ен а это существенно в случае X л мощных усилителей.

Температурный коэффициент сопротивления у обоих отмеченных элементов отрицательный. Для термисторов он составляет около 3%/град. Для диодов лучше пользоваться зависимостями /ogp {Т) и L/np (Т), описанными в § 2-6 и 2-7, не переходя к соответствующим сопротивлениям. При этом расчеты оказываются проще, чем при использовании сопротивлений, температурные коэффициенты которых сильно зависят от токов и напряжений. Последовательно-параллельные комбинации диодов или термисторов с обычными линейными сопротивлениями позволяют получить оптимальную температурную зависимость в каждом конкретном случае [И2].

ОбШ/Ый принцип термокомпенсации состоит в том, что диод или термистор включают в ту ветвь схемы, сопротивление которой желательно уменьилать с ростом температуры. Такую ветвь определяют путем качественного анализа схемы. Можно, например, включить термистор вместо или в сочетании с ним. Тогда при надлежащем подборе параметров можно добиться условия

при котором выходное напряжение не будет меняться с изменением температуры. Однако чаще включают компенсирующий элемент во входную цепь транзистора. Примеры такой компенсации показаны на рис. 13-5. Здесь с ростом температуры уменьшается (по модулю) потенциал базы и соответственно уменьшается или полностью устраняется дрейфовое приращение тока 7. С понижением температуры такой же эффект достигается за счет увеличения (по модулю) потенциала базы. Аналогичные решения применяются и в многокаскадных усилителях.

13-5. УСИЛИТЕЛИ С МОДУЛЯЦИЕЙ СИГНАЛА

Вход

г-Аа

1--1 I

Вход

Выход уГ

Все методы температурной стабилизации, описанные в предыдущих параграфах, подразумевают выполнение следующего принципиального условия: температура всех схемных элементов одинакова и меняется по одному и тому же закону.

В реальных усилителях это условие вьшолняется лишь с тем или иным приближением, поскольку имеет место саморазогрев элементов (особенно в мощ-Выход ных каскадах), существует ~ градиент температуры внутри корпуса прибора, сказывается тепловая инер ционность элементов и т. п. Учет всех факторов очень сложен и вряд ли оправдан на практике.

Сложной проблемой, не решаемой описанными усилителями, является временной дрейф. Правда, в дифференциальных усилителях (гл. 14) он меньше, чем в однотактных; однако сколько-нибудь надежная компенсация временного дрейфа, учитывая его нерегулярность и индивидуальность , невозможна. Еще одна проблема в области усилителей постоянного тока - низкочастотные шумы - также не решается описанными схемами. В самом деле, эти схемы характерны гальваническими, безреактивными связями, и следовательно, нулевой нижней граничной частотой. Поэтому весь спектр низкочастотных шумов транзисторов (см. § 4-9) усиливается и беспрепятственно проходит на выход. Эти шумы нередко оказываются более существенными, чем- температурный дрейф.

Отмеченные затруднения, связанные с температурным и временным дрейфом, а также с шумами, в значительной мере преодолеваются в усилителях постоянного тока с модуляцией входного сигнала. Блок-схема такого усилителя показана на рис. 13-6. Здесь сигнал постоянного тока сначала преобра-

ВыходДд I

Выход Дс [

USbix

ЧвыГ-г t

Рис. 13-6. Блок-схема усилителя с модуляцией входного сигнала (а) и ее временные диаграммы (б) (на рис. 13-6, а пунктиром показаны два варианта демодуляторов-детекторов: асинхронный и синхронный Д).