Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №6 - Журнал «Домашняя лаборатория»

создания усилителей с большим входным сопротивлением и большим коэффициентом усиления необходимо уделять особое внимание его устойчивости. В частности, необходимо получать высокую степень развязки по цепям питания. Приведенная схема трехкаскадного усилителя (рис. 4.34) имеет хорошую развязку одного каскада от другого. В усилителе отсутствует ПОС, что достигнуто с помощью биполярных транзисторов. Выходной сигнал каскада «развязан» от цепей питания через большое выходное сопротивление биполярного транзистора. Кроме того, значительно ослаблена паразитная емкостная ОС через емкости коллектор — база и сток — затвор. Между двумя последовательно включенными емкостями существует малое сопротивление перехода база — эмиттер биполярного транзистора.

Положительные свойства каскада позволяют создать шестикаскадный УНЧ с коэффициентом усиления более 103. На вход усилителя подается сигнал менее 1 мкВ от источника с внутренним сопротивлением 10 кОм. На выходе присутствует сигнал с амплитудой более 2 В. Для ослабления шумов между каскадами возможно применение узкополосных фильтров. Усилитель устойчиво работает при пульсации напряжения питания до 15 %. Изменение напряжения питания не сказывается существенным образом на форме выходного сигнала и не проходит на выход схемы. Нестабильность питания ограничивает максимально возможную амплитуду выходного сигнала.

Трехкаскадный усилитель имеет полосу пропускания от 10 Гц до 100 кГц по уровню 0,9. Эффективное напряжение шума, приведенное ко входу, при входном сопротивлении 100 кОм составляет 70 мкВ. Коэффициент усиления отдельного каскада на частотах свыше 10 Гц определяется по формуле Kyu1 = RкS21э и равняется приблизительно 20. На частотах ниже 10 Гц — по формуле Kyu2= (Rк + Хс)/Хс, Где Хс = 1/h21э; h21э — коэффициент передачи по току биполярного транзистора, a S — крутизна полевого транзистора. Для расширения полосы частот ниже 10 Гц необходимо увеличить емкость конденсатора С1 или увеличить сопротивление резистора R1. Однако увеличение сопротивления резистора R1 требует также увеличения сопротивления резистора R4, чтобы избежать насыщения биполярного транзистора. С увеличением R4 уменьшается ток через полевой и биполярный транзисторы, что влечет за собой уменьшения и S. Кроме того, начинают сказываться нелинейности вольт-амперной характеристики обоих транзисторов

Уменьшение порога открывания составного эмиттерного повторителя.

В схеме составного эмиттерного повторителя (рис. 4.35) для уменьшения нелинейных искажений, связанных с порогом открывания транзисторов, включен транзистор VT1 Напряжение между коллектором и эмиттером этого транзистора регулируется с помощью резистора R1. В результате рабочее напряжение смещения транзисторов VT2 и VT3 становится стабильным и не зависит от амплитуды входного сигнала. Кроме того, повышается температурная стабилизация выходных транзисторов

Усилитель с низкоомным входом.

Схема усилителя (рис. 4.36) состоит из двух транзисторов, где первый каскад собран по схеме с ОБ. Усилитель имеет малое входное сопротивление. Для схемы входным сигналом является ток, который определяется емкостью конденсатора. Коэффициент усиления описывается выражением K = jwh21эR2C при условии, что 1/wС > h11б, где h11б = 10 Ом — входное сопротивление транзистора в режиме с ОБ; h21э — коэффициент передачи транзистора VT2. Усилитель для входного сигнала с частотой 1 кГц имеет коэффициент усиления приблизительно 100. Выходной сигнал сдвинут по фазе на 90° по отношению к входному. Этот сдвиг сохраняется в диапазоне частот от 20 Гц до 1 МГц. При построении двух и более каскадов можно применить интегральные микросхемы с набором транзисторов.

6. УСИЛИТЕЛИ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМИ СВЯЗЯМИ НА ТРАНЗИСТОРАХ

Малошумящий низкоомный предварительный усилитель.

Усилитель (рис. 4.37) имеет входное сопротивление 5 Ом. Низкое входное сопротивление каскада получено в результате применения в определенных отношениях ПОС и ООС. Часть эмиттерного сигнала транзистора VT2, поступающая на базу транзистора VT1, создает ООС, а коллекторный сигнал транзистора VT3 — ПОС.

Низкое входное сопротивление усилителя позволяет значительно уменьшить шумы усилителя. Спектральная плотность собственных шумов при разомкнутом входе составляет 2-10-4 мкВ/Гц. Коэффициент усиления каскада равен примерно 40. Полоса пропускания определяется емкостью конденсатора С1.

Усилитель с непосредственной связью.

Усилитель с непосредственной связью (рис. 4.38) имеет коэффициент усиления 100-8000. Нестабильность коэффициента усиления в диапазоне температур от — 15 до +50 °C не более 2 %. Уровень шумов при закороченном входе не более 5 мкВ.

Эти характеристики усилителя обеспечиваются за счет глубокой ООС по постоянному току с помощью резистора R5. Малые напряжения между базами и коллекторами транзисторов обеспечивают низкий уровень шумов. Частотная характеристика усилителя в основном определяется входным конденсатором С1. Низшая граничная частота, на которой сигнал падает на 3 дБ, определяется по формуле f = 0,2/CRвх, где емкость — в микрофарадах, сопротивление — в килоомах, частота — в герцах. Входное сопротивление усилителя зависит от сопротивления резистора R5. Для различных сопротивлений R5 в табл. 4.1 приведены значения входного сопротивления и коэффициента усиления.

Выходной неискаженный сигнал составляет 30–50 % от напряжения источника питания. Для устранения возбуждения усилителя первые два каскада следует питать от стабилитрона или применять в цепи питания конденсатор емкостью более 100 мкФ. Регулировка усилителя осуществляется подбором сопротивления резистора R7. Напряжение в эмиттере транзистора VT4 должно равняться половине напряжения питания.

Малошумящий усилитель с непосредственной связью.

Усилитель (рис. 4.39), предназначен для усиления сигнала с головки магнитофона. Сигнал составляет несколько милливольт. Коэффициент передачи усилителя равен приблизительно 70 дБ. Максимальное выходное напряжение равно 6 В. Для уменьшения собственных шумов транзисторы работают в режиме микротоков. Частотная характеристика усилителя может регулироваться в широких пределах резистором R7. При этом меняется верхняя граничная частота.

Широкополосный малошумящий усилитель.

Усилитель (рис. 4.40) предназначен для работы с сигналами до 10 мВ и в по лосе частот от 10 Гц до 30 кГц. Для уменьшения собственных шумов в двух первых каскадах применены высокочастотные транзисторы в режиме малых коллекторных токов. Ток транзистора VT1 равен 40 мкА, а ток транзистора VT2 — 100 мкА. Включение в третьем каскаде транзисторов разных типов проводимости упростило межкаскадное соединение и улучшило температурную стабильность. Включение в эмиттер транзистора VT3 стабилитрона позволило увеличить напряжение в коллекторе транзистора VT2 и тем самым увеличить коэффициент усиления усилителя. Напряжение пробоя стабилитрона определяет динамический диапазон выходного сигнала. Коэффициент усиления может составлять до 5∙104. В полосе пропускания уровень собственных шумов, приведенный ко входу, лежит в пределах от 1,5 до 2,5 мкВ.

Усилитель с большим входным сопротивлением.

В усилителе (рис. 4.41) применена