Теориялық бөлім

 

     Тұрақты тоқ күшейткіштері уақыт бойынша өте жәй өзгеретін сигналдарды, соның ішінде жиілігі нөлге тең, яғни тұрақты тоқ сигналдарын күшейтуге арналған. Міне, сондықтан ТТК-нің амплитудалы – жиіліктік сипаттамасы 12.1-Суретте көрсетілгендей болады.

12.1 – Сурет

    Тұрақты тоқ күшейткіштерінің басқа күшейткіштерге қарағанда мынандай ерекшеліктері бар :

    1) Каскадтар арасындағы байланыс элементтері реттеу реактивтік элементтерді (С,L,трансформаторды) қолдануға болады. Сондықтан әрбір каскадтың (екі көрші каскадтың) жұмыс нүктесін анықтайтын потенциалдар деңгейін бір – бірімен келістіру керек, сонымен қатар күшейтілетін сигналдар кезін күшейткішпен, ал ТТК – нің шығысын жүктемемен келістіру керек;

    2) Дрейфке байланысты. Шығыс кернеудің кіріс кернеу жоқта, күшейткіштің ішіндегі процестер әсерінен туатын өзгерулерін күшейткіштің “ноль дрейфі” деп атайды. Абсолюттік ноль дрейфі - ∆U_{шығ др}. , берілген уақыт аралығында тұйықталған кірісте, шығыс кернеудің максимальды өзгеруімен анықталады.

    Дрейфдің себептері болып келесі тұрақсыздандыратын факторлар айтылады :

    а) қоректену көзінің тұрақсыздығы;

    б) ТТК-нің транзисторларының температураның өзгеруіне байланысты дрейфі;

    в) схеманың элементтерінің біртіндеп ескіруінен болатын дрейф;

    г) транзисторлардың эмиттерлерінің инжекциялық қасиеттерінің тұрақсыздығы.

    Тұрақты тоқ күшейткішінің сапасын күшейткіштің кірісіне келтірілген дрейфтің кернеуімен (келтірілген дрейф деп аталады) бағалайды, яғни

    U_дрк =  ∆U_{шығ др}./ K_u , мұнда K_u – күшейткіштің кернеу бойынша күшейту коэффициенті.

    Дрейфті азайту тәсілдері :

1)              стабилизацияланған (тұрақтандырылған) қоректену көздерін қолдану;

2)              терең теріс кері байланысты қолдану (дрейфтің барлық түрлерін азайтады);

3)              жұмыс режимін термостабилизация жасайтын схемалар қолдану;

4)              шектелген тұрақсыздығы бар ТТК схемаларын (жұп схемалар, параллельді ө балансты схемалар) қолдану.

5)   тұрақты тоқ сигналдарын айнымалы тоқ сигналдарына айналдырып, күшейтіп алып, қайтадан тұрақты тоққа айналдыру схемалары (модуляция және демодуляция схемалары).

Дифференциальдық күшейткіш каскадтар.

    ТТК-ның дрейфін азайтудың шұғыл амалы – параллельді – байланысты (дифференциальдық) каскадтарды қолдану болып табылады. Дифференциальдық каскадтың қарапайым түрі 12.2-Суретте көрсетілген.Балансты схема деп аталуы, бұл каскадтың шығыс тізбегі балансталған көпір болып табылады, оның бір диагоналына қоректену көзі қосылып, ал екінші диагоналына шығыс кернеу (3-4 нүктелерінің арасына) қосылады. Көпірдің бірінші екі иығындағы бірінеөбірі параллель резисторлар R_K1 мен R_K2 біріне-бірі шама жағынан тең де, ал екінші иығындағы біріне-бірі параллель екі транзистор көрсеткіштері бірдей болатындай етіліп тандап алынады. Сондықтан, жалпылай схема параллельді балансты деп аталады. Және схема өте симметриялы. Осындай резисторлары R_K1 мен R_K2  біріне-бірі тең, бірдей транзисторлары T₁ мен T₂ бар идеальды каскадта қоректену көзінің кернеу өзгеруі толығымен баланстанады да каскадтың шығу тізбегінде кернеу нольге тең болады. R_э – резисторы транзисторлардың тоғын тұрақтандыру үшін қойылған. Дифференциальдық каскадтың кірісіне (1 және 2 нүктелері арасында) кіру сигналдары U_кір1 мен U_кір2 –лерді берсек, онда каскадтың шығысындағы кернеу (3 пен 4 нүктелерінің арасындағы)

U_шығ = U_к2 - U_к1 = K_д (U_кір2 - U_кір1)                                               (39)

Мұнда K_д – дифференциальдық сигналдыкүшейту коэффициенті. Сондықтан, каскадтың дифференциальдық  деп аталуы: 1) ол тек қана дифференциальдық /айырмашылдық/ сигналдарды күшейтеді; 2) бірінші және екінші кірістер арасындағы сигнал кернеуінің айырмасын. U_кір2 - U_кір1айырымы, 3) U_кір2 мен U_кір1 кернеулерінің белгілері әртүрлі болса, яғни фаза бойынша қарама-қарсы болса ғана өте үлкен болады, себебі бұл жағдай олардың абсолюттік мәндері қосылады : мұндай кіріс сигнал дифференциальдық кіріс сигнал деп аталады. Егерде, U_кір2 мен U_кір1 бірдей фазада болса, онда сигнал синфазалы деп аталады. Дифференциальдық каскадтың симметриялық кірісіне (1 және 2 нүктелер арасында) симметриялы синфазалы сигнал берсек, яғни U_кір2 = U_кір1 , онда олардың айырымы нольге тең болады да, симметриялық  дифференциальдық каскадтың шығысында сигнал болмайды (бұл (1) формадан көрініп тұр).

     Бірақ, шындығында дифференциальдық каскад толығымен симметриялы бола алмайды, себебі дәлме-дәл бірдей R_к1 мен R_к2 –ны, көрсеткіштері тура бірдей T₁ мен T₂ транзисторларын таңдап алуға болмайды. Сондықтан, синфазалық сигнал бергенде дифференциальдық каскадтың шығысында кішкентай кернеу ∆U_сф болады.

Синфазалық сигналды күшейту коэффициенті

                                         K_сф = ∆U_сф / ∆U_{кір сф} .                                  (40)

Тұрақты ток күшейткіштерінде (ТТК-ларда) жаппай (барлық жерде) дерлік келесі бетте келтірілген схема қолданылады(12.2-Сурет).

Келесі транзисторлар: TR1 және TR2 арнайы бірдей сипаттамаларымен таңдап алынады. Әсіресе маңызды жағдай  -  бұл сипаттамалар температураның өзгеруі – мен бірдей өзгеруі тиіс.  Егер күшейткіш  (ТТК) дискретті компоненттер негізінде жиналатын болса, онда транзисторлар ерекшк ұқыптылықпен таңдап алынады да, температуралар теңдігін ұстап тұру үшін олар жылу әкеткіштермен қамтамасыздандырылады. Күшейткішті интегралыдқ түрде  қалыптастырғанда сипаттамалар  автоматты түрде дәлдеседі, ал температуралық тұрақтылық микросхеманың корпусымен қамтамасыздандырылады.

12.2-Сурет Тұрақты токтың  диффиренциялдық күшейткіші.

Бастапқы токтың (коллектор тогының) өзгерулері транзисторлардың екеуіне де бірдей болатындықтан шығыс кернеуінің айтарлықтай өзгерісіне келтірмейді.

ТТК-ның кірістеріне амплитудасы және фазасы бойынша бірдей екі кіріс  сигналдары келіп түссін делік.  Бұл сигналдар транзистордың екеуінде де коллектор тогының бірдей өзгеруін береді, ал  бұның нәтижесінде шығыс кернеуі нөлге тең болып шығады. Егер кіріс сигналдар айырмашылықта болса, коллекторлық тоқтар да айырмашылықта болады. Бұл жағдайда шығыс кернеу  екі кіріс сигналдар кернеулерінің күшейтілген айырымы болып табылады. Міне сондықтан да бұл күшейткіштер дифференциялдық деп аталады.

Дифференциалдық күшейткіштің (ДК-ның) маңызды сипаттамасы келесі. ДК дифференциалдық сигналды, яғни кірістегі кернеудің айырымын, (кіріс сигналдың өздерін емес) күшейту қабілеті.

Мысалы, V₁=0.1мB, V₂=0B, V_out=50мВ болсын делік. Дифференциалдық  сигналдың күшейту коэфиценті келесі болып шығады:

A_d= 50/0.1=500

Егер кіріс кернеулерінің шамалары 1 мВ- ке өссе: V₁=1.1мВ,V₂=1мВ шығыстағы кернеудің шамасы келесіге тең болып шығады: V_out=52мВ.  Олай болса синфазалық кіріс  сигналдың күшейту коэффиценті келесіге тең:

A_c=(52-50)/1=2

ДК-нің дифференциялдық сигналдарды күшейту және синфазалы сигналдарды басу қабілеті синфазалы сигналды бәсеңдету коэфиценті (ССБК) деп аталады да, келесі өрнекпен анықталады:

ССБК=A_d/A_c

Жоғарыда қарастырылған күшейткіштің ССБК-сы 250-ге тең. Интегралдық ДК-лардың ССБК мәндері үлкен болатындықтан оларды деңибеллдермен беріледі.

Мысалы, 741 тобырының операциялық күшейткішінің ССБК-сы 90дБ

ССБК-ны жақсарту үшін 12.2-Суретте көрсетілген R3  резистордың сипаттамаларын шамасы тұрақыты болып тұратынток генераторының сипаттамаларына жақындату керек. Бұны ток генераторының кедергісін арттыру жолымен орындауға болады, себебі кедергінің өсуі теріс қоректендіру кернеуінің  абсолют мәнінің өсуіне келтіреді. Әдетте ТТК-ның  қоректендіру кернеуі  ±15В болады да, бұл шама практика жүзінде R3 резистор кедергісін өсіру мүмкіндігін шектейді.

ССБК-ның жақсартылуын келесі әдісті қолданып орындауға болады. Эмиттерлік тізбектегі  R3-резисторды 8-Суретте көрсетілгендей транзисторлық тоқ көзімен алмастырып та орындауға болады.

12.3-Сурет ССБК-сы үлкен дифференциялды күшейткіш(ДК)

ZD₁-стабилитрон   TR₃-транзистордың эмиттеріндегі кернеуді беріп тұрады. Бұл транзистордың коллекторлық тоғы  дифференциалдық жұптың транзисторларының эмиттерлеріне келіп түседі. Егер транзисторлық дифференциалдық жұптың эмиттерлеріне шамасы(мәні) тұрақты ток түсіп тұрса ССБК-ның өте жоғары дәрежесіне жетуге болады.