Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №6 - Журнал «Домашняя лаборатория»
9. УСИЛИТЕЛИ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМИ СВЯЗЯМИ
Широкополосный усилитель на микросхеме К140УД5А.
Усилитель (рис. 4.60) имеет полосу пропускания от 20 Гц до 2 МГц. Максимальный коэффициент усиления схемы равен 100, при коэффициенте усиления каждого каскада 10 раз. Введение в схему аттенюатора позволяет регулировать коэффициент усиления дискретно с шагом 10. Для устранения самовозбуждения ОУ должны быть включены следующие корректирующие элементы: между выводами 2 и 4 — конденсатор емкостью 18 пФ и между выводами 2 и 12 — емкостью 56 пФ.
Широкополосный предусилитель.
Сигнал на вход усилителя (рис. 4.61) поступает от датчика с большим внутренним сопротивлением через кабель. Емкость кабеля значительно ограничивает полосу частот передаваемого сигнала. Для компенсации емкости на экранирующую оплетку кабеля подается выходной сигнал. Для защиты от внешних помех кабель помещается в дополнительный экран. Такая схемная нейтрализация емкости кабеля позволяет расширить полосу пропускания усилителя до 30 кГц при выходном сопротивлении датчика около 10 МОм.
Входной сигнал с центральной жилы кабеля поступает на затвор истокового повторителя на VT1, нагрузкой которого является транзистор VT2. Применение динамической нагрузки у полевого транзистора позволяет получить входное сопротивление усилителя более 50 МОм. К выходу истокового повторителя подключается, усилитель на транзисторах VT3 и VT4, охваченных ООС. Коэффициенты усиления каскада на VT3, VT4 устанавливается резистором R6. С выхода этого усилителя сигнал ООС подается на внутренний экран кабеля. Степень компенсации зависит от коэффициента усиления на VT3, VT4. Емкость кабеля ослабляется в 1/(1 — К) раз, где К близок к 1. В результате можно получить эквивалентную емкость на входе кабеля не более 1 пФ. Уровень собственных шумов усилителя не превышает 200 мкВ, динамический диапазон — 1,5 В, полоса пропускания 1 Гц — 30 кГц.
Повторитель с большим динамическим диапазоном.
Истоковый повторитель (рис. 4.62) имеет входное сопротивление более 109 и входную емкость менее 2 пФ. Большой диапазон входных сигналов (около 240 В) достигается применением высоковольтного источника и соответствующих транзисторов. Полевой транзистор питается от дополнительного источника Ua. Поскольку один вывод источника Е подключен к выходу, то образуется следящая ОС, которая уменьшает емкость затвор — сток.
Истоковый повторитель.
Повторитель сигналов (рис. 4.63) имеет входное сопротивление около 1010 Ом. Коэффициент передачи равен 0,998, Входной каскад повторителя построен на полевом транзисторе, к выходу которого подключен составной эмиттерный повторитель на транзисторах VT2 и VT3. Для стабилизации работы входного каскада на VT1 в сток включен генератор тока на транзисторе VT4, напряжение на базе которого застабилизировано диодом VD1 и введена цепочка стабилитронов VD2, VD3. Диод VD2 позволяет обеспечить постоянную разность потенциалов между затвором и стоком при изменениях входного напряжения на затворе. Диод VD3 стабилизирует напряжение на резистор R3 и, следовательно, ток стока транзистора VT1. Ток стока транзистора VT1 выбирают на порядок меньше тока, протекающего через диоды VD2 и VD3. Гальваническая связь всех элементов позволяет использовать схему для передачи сигналов низких и инфранизких частот. Входной сигнал не должен превышать 2 В.
Малошумящий предусилитель.
На входе усилителя (рис. 4.64) применен полевой транзистор в схеме ОИ. Второй каскад выполнен на биполярном транзисторе по схеме ОЭ. В усилителе две петли ООС. С коллектора транзистора VT2 через цепочку R6, С3 сигнал ОС подается в исток полевого транзистора, а с истока через конденсатор С2 и резистор R3 — на затвор VT1. Наличие второй ООС позволяет увеличить входное сопротивление усилителя до десятков мегаом и существенно уменьшить входную емкость. Значение входной емкости ограничивается емкостью монтажа и лежит в пределах 5-10 пФ. Коэффициент усиления схемы может быть выбран в широких пределах — от 1 до 100, при этом сответственно меняется и верхняя граничная частота полосы пропускания. Для коэффициента усиления, равного 4, полоса пропускания составляет 100 Гц — 40 МГц. Уровень шумов, приведенный ко входу, равен 100 мкВ при входном сопротивлении 30 МОм. Максимальное выходное напряжение равно ±1,5 В при коэффициенте гармоник не более 5 %. Диапазон температур от — 60 до +60 °C.
10. МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Усилитель с нейтрализацией.
Усилитель на полевых транзисторах (рис. 4.65) работает в широком диапазоне температур от — 196 до +85 °C. Режим по постоянному току устанавливается резисторами автосмещения R3, R6 и R8 таким образом, чтобы рабочая точка полевых транзисторов соответствовала минимальному температурному дрейфу тока стока Полоса пропускания усилителя равна 10 Гц — 1 МГц. Широкополосность обеспечивается малой входной емкостью. Уменьшение влияния емкости полевого транзистора достигается нейтрализацией, осуществляемой за счет ООС в исток и сток входного транзистора. Входная емкость лежит в пределах 1–2 пФ. Шумы усилителя эквивалентны сопротивлению 10 кОм для температуры 77 К и 50 кОм для температуры 293 К. Входное сопротивление усилителя около 8 МОм, а выходное — около 100 Ом.
Транзисторный широкополосный усилитель.
Коэффициент усиления усилителя (рис. 4.66) в полосе частот от 5 Гц до 15 МГц составляет около 15 дБ. Усилитель охвачен глубокой ООС, что обеспечивает стабильность его основных характеристик. Защита от самовозбуждения обеспечивается выбором необходимых соотношений постоянных времени каскадов. Для уменьшения нижней граничной частоты полосы пропускания применяется полевой транзистор, обеспечивающий входное сопротивление около 2 МОм. Большое входное сопротивление каскада позволяет уменьшить емкость конденсатора С1. Нагрузкой цепи стока полевого транзистора VT2 является генератор тока на транзисторе VT1. Эта динамическая нагрузка дает возможность увеличить усиление первого каскада и тем самым глубину ООС. Кроме того, эта же нагрузка позволяет уменьшить нелинейные искажения входного каскада и довести их до 0,2 % в полосе частот до 3 МГц. Для уменьшения выходного сопротивления входного каскада применяется эмиттерный повторитель на транзисторе VJ3. Транзистор VT4 увеличивает общий коэффициент усиления и обеспечивает необходимый базовый ток транзистора VT5, который работает на низкоомную нагрузку. Усилитель работает в диапазоне температур от — 10 до +50 °C.
Усилитель с непосредственной связью.
В усилителе (рис. 4.67) используется непосредственная связь между каскадами. Коллекторные токи транзисторов относительно невелики. В этой связи шумы усилителя сведены к минимуму и составляют
