Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №6 - Журнал «Домашняя лаборатория»
7. УСИЛИТЕЛИ С ЧАСТОТНО-ЗАВИСИМЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ
Усилитель с регулируемой в широком диапазоне частотной характеристикой.
Регулировка частотной характеристики в схеме (рис. 4.42) осуществляется двумя резисторами: в области высоких частот — резистором R2, в области низких частот — резистором R4. На частоте 30 Гц коэффициент усиления меняется от +19 до —22 дБ, а на частоте 20 кГц — от +19 до —19 дБ. Среднее положение потенциометров дает равномерную частотную характеристику. При этом коэффициент усиления схемы равен 0,9. При выходном сигнале менее 250 мВ коэффициент гармоник менее 0,1 %, при 2В — нелинейные искажения возрастают и становятся 0,9 % на частоте 12,5 кГц. Формы АЧХ при крайних положениях движков R2 и R4 показаны на графике рис. 4.42.
Широкополосный усилитель с управляемой частотной характеристикой.
Усилитель (рис. 4.43) имеет ступенчатую раздельную регулировку по низким и высоким частотам. Дискретность регулировки 2 дБ. Диапазон регулирования от — 12 до +12 дБ. Коэффициент гармоник порядка 0,1 %. Полоса пропускания равна от 10 Гц до 200 кГц. Формы АЧХ при ступенчатом регулировании показаны на графике рис. 4.43.
Низкочастотный усилитель.
Усилитель (рис. 4.44) имеет регулируемую форму АЧХ и коэффициент усиления более 103. Он обладает минимальными нелинейными искажениями, которые получены за счет ООС через резистор R2. Для устранения самовозбуждения усилителя в схеме предусмотрены два конденсатора (С1 и С7). Пределы регулирования АЧХ проиллюстрированы на графике рис. 4.44.
Усилитель с регулируемой частотной характеристикой.
Усилитель (рис. 4.45) имеет коэффициент усиления 20 дБ. На граничных частотах 30 Гц и 20 кГц можно регулировать коэффициент усиления в диапазоне ±20 дБ. Выходной сигнал имеет нелинейность порядка 0,01 %. Максимальная амплитуда выходного сигнала 8 В.
Предварительный усилитель для магнитного звукоснимателя.
Усилитель (рис. 4.46) предназначен для выравнивания частотной характеристики магнитного звукоснимателя при стереофоническом воспроизведении звука. Совместно со звукоснимателем на выходе усилителя получается равномерная амплитудно-частотная характеристика в полосе от 20 Гц до 20 кГц. Для уменьшения собственных шумов усилителя, оба транзистора работают в режиме микротоков. Коэффициент усиления на частоте 1 кГц равен 36 дБ. Входное сопротивление усилителя равно 50 кОм. Частотная зависимость коэффициента усиления приведена на графике рис. 4.46.
Логарифмический усилитель с динамическим диапазоном 60 дБ.
Для получения логарифмического закона изменения выходного сигнала применяется усилитель с большим выходным сопротивлением, который работает на диод (рис. 4.47). Большое выходное сопротивление усилителя по переменному сигналу обеспечивается включением динамической нагрузки в цепь коллектора транзистора VT3 — составного эмиттерного повторителя, в базовую цепь которого подается выходной сигнал. В результате этого в эмиттере транзистора VT2 будет сигнал, близкий к сигналу в коллекторе VT3. Через резистор R5 отсутствует ток сигнала. Получается эквивалентное сопротивление около 250–500 кОм. С этим выходным сопротивлением усилитель работает на диодную нагрузку. Диоды определяют логарифмический закон изменения выходного сигнала. Зависимость Uвых усилителя от Uвi проиллюстрирована на графике рис. 4.47.
Суммирующий усилитель.
Усилитель (рис. 4.48) позволяет подключить на вход три источника сигнала с различными выходными сопротивлениями. Ко Входу 1 подключают микрофон, выходной сигнал которого около 2 мВ. Звукосниматель с выходным сигналом 100 мВ подключают ко Входу 2. Магнитофон, выходной сигнал которого 250 мВ, можно подключить ко Входу 3. Все датчики хорошо изолированы один относительно другого, поскольку на входе ОУ поддерживается нулевой уровень.
Модуляционный усилитель.
Усилитель (рис. 4.49) построен по принципу модуляция — демодуляция. Низкочастотный входной сигнал преобразуется в импульсный. Импульсный сигнал проходит через три каскада усиления.
На выходе расположен синхронный детектор, который восстанавливает первоначальное состояние входного сигнала. При модуляции входного сигнала возникают переходные процессы, которые искажают выходной сигнал. Искажения возникают из-за разделительных конденсаторов. Для устранения переходных процессов в измерительном усилителе, применяют цепи компенсации. Входной сигнал цепи компенсации проходит через эмиттерный повторитель, собранный из части микросхемы DA1, и подается на вход 2 дифференциального усилителя микросхемы К122УД1. На вход 1 подается модулированный сигнал. Резистором R3 добиваются такого положения, при котором постоянная составляющая в модулированном сигнале отсутствует. Так, если модулятор преобразует входной сигнал в импульсы одной полярности; то в результате действия цепей компенсации на выходе первого каскада усилителя действует уже двухполярный импульсный сигнал. Таким образом, на переходных конденсаторах не происходит изменения напряжения при изменении амплитуды входного сигнала.
Введение цепей компенсации не влияет на дрейф нуля усилителя. Трехкаскадный усилитель имеет коэффициент усиления 1000, порог чувствительности 100 мкВ. Частота модуляции равна 40 кГц.
8. ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ
Двухкаскадный электрометрический усилитель.
Усилитель состоит из двух звеньев (рис. 4.50) — интегрирующего на DA1 и VT и пропорционально интегро-дифференцирующего DA2. Выходное напряжение связано с входным током, протекающим через R1, выражением Uвых = IвхR5C2/C1. Измеряемый входной ток вызывает линейное изменение напряжения на выходе ОУ DA1, причем скорость изменения пропорциональна входному току и обратно пропорциональна емкости конденсатора С1, Второе звено в пределах действия дифференцирующей цепи R5C2 проводит дифференцирование выходного напряжения усилителя DA1.
Временной дрейф входного тока за 24 ч составляет 5∙1017 А, а температурный дрейф равен 5∙10-18 А/град. Зависимость двойной амплитуды шумового тока, приведенного ко входу, от полосы пропускания приведена на графике рис. 4.50.
Для удовлетворительной работы схемы следует использовать конденсаторы с минимальными утечками. Для устранения перегрузки усилителя желательно применение устройства автоматического сброса напряжения на интегрирующих конденсаторах, наличие которого проиллюстрировано контактами К1 и К2, включенными параллельно С1 и С3.
Термостабильный электрометрический усилитель.
Электрометрический усилитель (рис 4.51) позволяет измерять минимальный ток 10-5 А. При этом выходное напряжение составляет около 50 мВ. Усилитель содержит входной каскад на сборке полевых транзисторов DA1 и ОУ DA2 в дифференциальном включении. Для балансировки схемы служат потенциометры R5 и R10. Для повышения стабильности схемы желательно
